Impulso, Cantidad de Movimiento y Fuerza de Arrastre en Deportes: Casos Prácticos

Problemas Resueltos: Impulso y Cantidad de Movimiento

Problema 1: Regate

Se aplica un impulso de 250 N*s a un jugador de baloncesto de 70 kg (inicialmente en reposo, Vo = 0). ¿Cuál es el cambio en su velocidad?

Solución:

La relación entre impulso (I), masa (m) y velocidad (v) es: I = m * Δv. Como la velocidad inicial es 0, la fórmula se simplifica a I = m * v.

Despejando la velocidad (v):

v = I / m = 250 N*s / 70 kg = 3.57 m/s

Respuesta: El cambio en la velocidad del jugador es de 3.57 m/s.

Problema 2: Patinador

Un patinador (m1 = 70 kg) se desliza a una velocidad V1 = 8 m/s. Lleva un objeto de m2 = 10 kg. Luego, lanza el objeto a una velocidad V2 = 15 m/s (respecto al suelo). ¿Cuál es la velocidad final del patinador después del lanzamiento?

Solución:

Se utiliza el principio de conservación de la cantidad de movimiento. La cantidad de movimiento total antes del lanzamiento es igual a la cantidad de movimiento total después del lanzamiento.

Antes del lanzamiento:

Cantidad de movimiento total = (m1 + m2) * V1 = (70 kg + 10 kg) * 8 m/s = 640 kg*m/s

Después del lanzamiento:

Cantidad de movimiento total = (m1 * v1) + (m2 * V2)

Igualando ambas cantidades y despejando v1 (velocidad final del patinador):

640 kg*m/s = (70 kg * v1) + (10 kg * 15 m/s)

640 kg*m/s = 70 kg * v1 + 150 kg*m/s

v1 = (640 kg*m/s - 150 kg*m/s) / 70 kg = 7 m/s

Respuesta: La velocidad final del patinador es de 7 m/s.

Problema 3: Hockey

Se busca determinar el intervalo de tiempo (Δt) durante el cual se aplica una fuerza para generar un cambio en la cantidad de movimiento (impulso). Se sabe que I = P = F * Δt = m * Δv.

Solución: Simplemente despejar Δt de la ecuación.

Fuerza de Arrastre en Ciclismo

La fuerza de arrastre (FD) es una fuerza de resistencia que se opone al movimiento de un objeto a través de un fluido (en este caso, el aire). Depende de varios factores:

• Tamaño del objeto
• Velocidad del objeto
• Densidad del fluido
• Viscosidad del fluido
• Coeficiente de arrastre (Cd)

En el ciclismo, la fuerza de arrastre se puede desglosar en:

1. Coeficiente de rozamiento: Un bajo coeficiente de rozamiento entre el ciclista y el aire reduce la fuerza de arrastre viscoso.
2. Fuerza de Arrastre de Forma: Depende de la forma del objeto. Una forma aerodinámica reduce la turbulencia y, por lo tanto, la fuerza de arrastre. Se produce cuando el aire que se desliza alrededor del ciclista es incapaz de seguir su contorno, produciéndose dos corrientes detrás del deportista, generando una fuerza de arrastre opuesta al desplazamiento.
3. Velocidad y sección transversal expuesta: A mayor velocidad y mayor área frontal expuesta al viento, mayor será la fuerza de arrastre. Estos son dos aspectos fundamentales en el ciclismo.

Variables en el Lanzamiento de Peso

Las variables más importantes en el lanzamiento de peso, en orden de importancia, son:

1. Velocidad de liberación: La velocidad a la que se suelta el peso es el factor determinante principal.
2. Ángulo de lanzamiento: El ángulo óptimo maximiza la distancia horizontal.
3. Altura de liberación: Una mayor altura de liberación proporciona una ligera ventaja.
4. Resistencia del aire: Aunque presente, su influencia es menor en comparación con las otras variables.

Aplicación del Impulso en Carrera y Salto

Durante la carrera y el salto, se aplican fuerzas tanto verticales como horizontales. Estas fuerzas generan impulsos que afectan el movimiento.

• Fuerzas horizontales: Pueden ser negativas (frenado) o positivas (propulsión).
• Impulso de frenado: Importante para desacelerar y cambiar de dirección.
• Impulso propulsivo: Esencial para acelerar.
• Impulsos laterales: Importantes para los cambios de dirección.
• Impulsos rotacionales: Generalmente, se busca minimizarlos para optimizar el rendimiento.

Al esprintar, el impulso de frenado tiende a ser mayor cuando el pie aterriza más adelantado con respecto al centro de gravedad.

Tipos de Impulsos (Gráfica Fuerza/Tiempo)

En una gráfica de fuerza-tiempo, los impulsos se pueden clasificar de la siguiente manera:

• Impulsos Negativos (debajo de la línea de peso corporal):
  • Impulso Negativo de Descenso (IND): Durante el descenso del centro de gravedad (CDG) en un salto con contramovimiento (CMJ).
  • Impulso Negativo de Ascenso (INA): Durante el ascenso del CDG en CMJ, salto en sentadilla (SJ) y salto con caída (DJ).
• Impulsos Positivos (encima de la línea de peso corporal):
  • Impulso Positivo de Frenado (IPF): Durante el descenso del CDG en un CMJ.
  • Impulso Positivo de Aceleración (IPA): Durante el ascenso del CDG en CMJ, SJ y DJ.