En física, las palabras y las fórmulas están conectadas con el mundo real.
-Richard Phillips Feynman
Es gracias a la física que el ser humano pudo explicar y comprender los fenómenos físicos que se presentan en la vida cotidiana. Después de todo, recordemos que la física es el estudio de la naturaleza.
Posiblemente la mayoría de las veces no lo notemos, pero la física toma lugar en todo momento de nuestra vida cotidiana; cuando un objeto es arrojado, cuando calentamos algo en la estufa, un accidente vehicular; lo anterior e interminables ejemplos están dictados por las leyes física.
El estudio de la física también ha ayudado al ser humano a optimizar muchos aspectos, entre ellos el deporte. Los deportes incluyen una amplia variedad de principios físicos, por lo que su comprensión representa tanto un amplio campo para el estudio de la física como una gran fuente de ejemplos. De hecho, los deportes son ejemplos bastante socorridos por libros de texto y profesores. Un ejemplo de lo anterior es hallar con qué ángulo se alcanza el rango máximo al patear un balón, el cual es a 45°.
Un balón alcanza su rango máximo si se lanza a 45°
La física tiene gran importancia en los deportes, como en el futbol donde se puede ver movimiento parabólico, fuerza de fricción, el efecto que toma el balón “efecto Magnus”, el centro de gravedad, la forma de correr y saltar. Un ejemplo donde se puede ver efecto del balón “efecto Magnus” es el gol que realiza el jugador Roberto Carlos, donde lo hace girar en la misma dirección a la curva lo que hace que vaya hacia afuera y luego regrese .Para generar una gran cantidad de movimiento giratorio lo que genera una fuerza aerodinámica que empuja el balón. Al desplazarse a unos 30 m/s y girar a 600 rpm el balón crea una diferencia de presión lo que genera una diferencia de presión lo que provoca un cambio de movimiento de hasta 4m. Al momento que los jugadores saltan cambian su centro de gravedad para poder alcanzar una mayor altura y la fuerza que aplican para poder saltar. También los jugadores al momento de correr en línea recta necesitan dar pasos mas largos para alcanzar mayor velocidad, por lo contrario cuando cambian de velocidad se necesitan pasos cortos, pero también es importante la fuerza para desacelerar y volver acelerar.
Desde que James Naismith inventó el baloncesto en 1891, las características del juego que involucra esfuerzo colectivo, velocidad y habilidad, hicieron que este se convirtiera rápidamente en el deporte favorito de la gente joven. Este deporte se ha convertido en uno de los más populares alrededor del mundo, ya que se practica en casi todas las universidades y planteles educativos superiores del mundo entero.
En este deporte, para acumular puntos, es necesario pasar el balón a través de los cestos, los cuales están compuestos por el aro y la red. El aro tiene un diámetro de 45 centímetros y está situado a una altura de 3.05 metros sobre el suelo. La red está hecha de tal manera a que el balón queda momentáneamente detenido cuando pasa por el interior del cesto, esta red carece de fondo.
El balón con el cual se practica este deporte tiene forma esférica, su circunferencia oscila entre los 75 a 78 centímetros y pesa entre 600 y 650 gramos. El balón se infla con una presión determinada, de tal manera que al botarlo desde una altura de 1.80 metros, este se eleve entre 1.20 a 1.40 metros.
Es por todo esto que el baloncesto es un claro ejemplo de la física aplicada a los deportes, primeramente, para calcular la presión necesaria con la cual inflar el balón para que este tenga el bote adecuado y pueda desempeñarse el juego de la manera más óptima.
La fabricación de la red implica calcular que la elasticidad y la medida del diámetro sean las correctas para que logre disminuir la velocidad con la que entró inicialmente el balón, pero evitando que el balón quede atorado dentro de esta.
Otro claro ejemplo de la física aplicada es en la aplicación de la fuerza y el ángulo correctos al lanzar el balón e intentar encestar, este movimiento tiene la trayectoria y las características de un tiro parabólico.
El video presentado a continuación muestra cómo los jugadores, a pesar de que algunos parecen volar y no brincar, describen exactamente el mismo movimiento que describe cualquier objeto al ser lanzado hacia arriba, un tiro parabólico.
El baseball es un deporte que involucra técnicas de estrategia y planeación junto con un alto desempeño físico. Además, múltiples conceptos físicos toman lugar; desde el momento en que el pitcher lanza la pelota hasta que es bateada o termina en el guante del catcher.
Analicemos los puntos más sobresalientes en un partido de baseball. Cuando el pitcher se prepara para lanzar la pelota, éste realiza un movimiento rápido con las piernas, generalmente levantándolas, de tal manera que gana momentum o cantidad de movimiento, una propiedad física que tienen los objetos en movimiento y se define como masa por velocidad. Al transferir el momentum de sus piernas a su torso y después a su brazo, la velocidad con que termina su brazo es mucho mayor que la de sus piernas.
Lo anterior, se debe a que el momentum obedece al principio de la conservación de la energía; el brazo del pitcher, al poseer menor masa, debe tener una velocidad mayor que la de sus piernas y torso, para complementar la pérdida de masa.
Cuando la pelota viaja a través del aire, por lo general ésta describiría un movimiento parabólico. Sin embargo, la mayoría -sino es que todos- los jugadores profesionales hacen girar la pelota empujando sobre uno de sus bordes. Aquí entra el concepto de centro de masa: la concentración de la masa de un objeto la cual depende de su contenido y forma. Una pelota tiene su centro de masa justamente en su centro; los pitchers, al no golpear directamente su centro de masa, hacen que la pelota gire.
Lo anterior resulta en lo que muchos conocemos como chanfle o efecto Magnus, y entra en el tema de aerodinámica por compartir el principio de Bernoulli. Seguramente han escuchado de él principalmente en fútbol, y también es utilizado por tenistas, golfistas y jugadores de Ping-Pong.
Es gracias al efecto Magnus que los goles olímpicos en fútbol son posibles.
No obstante, no está de más explicarlo: un objeto cilíndrico o esférico en movimiento rotacional a través de un fluido, generará remolino que funcionará como una fuerza de sustentación. Esta fuerza deforma el original movimiento parabólico de la pelota y provoca el conocido efecto.
Cuando la pelota es golpeada por el bate, ocurre una colisión, una interacción entre dos cuerpos los cuales ejercen fuerzas mutuamente. En el caso de un choque entre un bate y una pelota de baseball, ocurre una colisión elástica, si despreciamos la fricción del aire; en ella, la energía cinética de los objetos se conserva.
Aquí también entra el concepto del momentum, explicado con anterioridad; éste se conservará independientemente del tipo de colisión, y gracias a él podemos determinar la velocidad final e inicial que dos objetos tienen antes y después de una colisión.
Como dato adicional, una pelota de baseball puede alcanzar velocidades de hasta más de 42 metros sobre segundo y golpea al bate con una fuerza de entre 10 y 11 mil Newtons. Es por ello que los bateadores deben usar casco, ya que una pelota con dicha fuerza es capaz de destrozar el cráneo humano.
Te invitamos a revisar los siguientes videos, donde encontrarás información relevante al tema expuesto.
Durante un salto en paracaídas, se pueden ver varios principios físicos, como lo son el movimiento parabólico y la fuerza de fricción. Cada una de las cuales serán explicadas a continuación.
La sensación que de estar en el aire eternamente al tirarse de una plataforma de clavados en una alberca, es la misma que sienten las personas que practican el paracaidismo. Esa sensación se da debido al tiempo que se permanece en caída libre, y las personas que se lanzan desde alturas hasta de 15000 pies de altura, haciendo su caída de entre 1 y 5 minutos.
Lo que sucede al lanzarse de un avión, globo aerostático o cualquier transporte aéreo que te pueda elevar hasta la altura deseada, es que en el instante de perder apoyo con la aeronave, la gravedad comienza a hacer su trabajo. Al decir trabajo me refiero precisamente al trabajo desde la perspectiva física, que es la energía necesaria para mover un objeto, en este caso una persona.
Al momento de caer, la velocidad de la persona se acelera a 9.81 m/s^2. La persona continua aumentando su rapidez a medida que pasa el tiempo. Hasta que la fuerza que genera el aire sobre la persona se iguala a la fuerza de gravedad, como se podrá apreciar en el vídeo. Esto sucede ya que se igualan ambas fuerzas, y posteriormente la persona mantiene una velocidad constante hasta el momento de abrir su paracaídas.
Cuando el paracaídas se abre, lo que sucede es la desaceleración de la
persona, haciendo que esta tome una velocidad adecuada para su
aterrizaje.
Se dice que el paracaidista hace un movimieto parabólico, ya que en el momento de lanzarse de la aeronave, esta lleva una velocidad con respecto al piso, haciendo que el paracaidista lleve velocidad en dos dimensiones y no solo en una. De esta manera si se despreciara la resistencia del aire con el sujeto, este haria un tipo parabólico perfecto, y se podria calcular exactamente donde caeria.
Aqui se presenta un video en donde se explica graficamente como afectan las fuerzas en una persona al momento de caer:
