Storyboard

En deportes en medios fluidos (natación, ciclismo, remo, esquí acuático), la resistencia hidrodinámica o aerodinámica es el factor limitante del rendimiento. En natación, la resistencia activa (drag) es proporcional al cuadrado de la velocidad y varía fuertemente con la posición del cuerpo (forma hidrodinámica) y la técnica. La propulsión se genera por la reacción del fluido sobre los brazos y piernas (3ª Ley de Newton); la mano actúa como una paleta con efecto de sustentación (lift) y arrastre (drag). En ciclismo, a 40 km/h el 90 % de la potencia se destina a vencer el arrastre aerodinámico. El número de Reynolds (Re) determina el régimen de flujo alrededor del cuerpo: en natación Re ~ 1010 (turbulento-transitorio). La flotabilidad (principio de Arquímedes) afecta la posición del cuerpo en el agua y el trabajo para mantenerse a flote. La eficiencia de nado se define como el cociente entre la potencia propulsiva útil y la potencia mecánica total generada.

ID:('ky', 461)

Storyboard

$F_{drag}=\frac12\rho_f C_DA_{frontal}v^2$

Variables

$C_D$

Coeficiente de arrastre

$1$

$\r ho_f$

Densidad del fluido/agua

$kg/m³$

$v$

Velocidad del cuerpo

$m/s$

$F_{drag}$

Fuerza de arrastre

$N$

$A_{frontal}$

Área frontal

$m²$

ID:('gm', 4073)

Storyboard

$F_{prop}=\frac12\rho_f(C_L\sin\alpha+C_D\cos\alpha)A_{mano}v_{mano}^2$

Variables

$C_D$

Coeficiente de arrastre

$1$

$C_L$

Coeficiente de sustentación

$1$

$\r ho_f$

Densidad del fluido/agua

$kg/m³$

$v_{mano}$

Velocidad de la mano

$m/s$

$F_{prop}$

Fuerza propulsora

$N$

$A_{mano}$

Área mano/paleta

$m²$

$alpha$

Ángulo de ataque

$rad$

ID:('gm', 4074)

Storyboard

$Re=\frac{\rho_f vL_{cuerpo}}{\eta}$

Variables

$Re$

Número de Reynolds

$1$

$eta$

Viscosidad dinámica

$Pa·s$

$\r ho_f$

Densidad del fluido/agua

$kg/m³$

$v$

Velocidad del cuerpo

$m/s$

$L_{cuerpo}$

Longitud característica

$m$

ID:('gm', 4075)

Storyboard

$F_{flot}=\rho_fgV_{sum}$

Variables

$\r ho_f$

Densidad del fluido/agua

$kg/m³$

$F_{flot}$

Fuerza de flotabilidad

$N$

$g$

Gravedad

$m/s²$

$V_{sum}$

Volumen sumergido

$m³$

ID:('gm', 4076)

Storyboard

$P_{util}=F_{prop}v_{avance}$

Variables

$v_{avance}$

Velocidad de avance

$m/s$

$F_{prop}$

Fuerza propulsora

$N$

$P_{util}$

Potencia útil

$W$

ID:('gm', 4077)

Storyboard

$\eta_{nado}=\frac{P_{util}}{P_{mec,total}}$

Variables

$eta_{nado}$

Eficiencia de nado

$1$

$P_{mec,total}$

Potencia mecánica total

$W$

$P_{util}$

Potencia útil

$W$

ID:('gm', 4078)

Storyboard

$v_{nado}=\sqrt{\frac{2F_{prop}}{\rho_fC_DA_{frontal}}}$

Variables

$C_D$

Coeficiente de arrastre

$1$

$\r ho_f$

Densidad del fluido/agua

$kg/m³$

$v_{nado}$

Velocidad de equilibrio

$m/s$

$F_{prop}$

Fuerza propulsora

$N$

$A_{frontal}$

Área frontal

$m²$

ID:('gm', 4079)

Storyboard

$P_{aero}=\frac12\rho_{aire}CDA(v+v_{viento})^3$

Variables

$\r ho_{aire}$

Densidad del aire

$kg/m³$

$v$

Velocidad del cuerpo

$m/s$

$v_{viento}$

Velocidad del viento frontal

$m/s$

$CDA$

Área aerodinámica efectiva

$m²$

$P_{aero}$

Potencia aerodinámica

$W$

ID:('gm', 4080)

Storyboard

$IC=\frac{v_{avance}}{f_{brazada}d_{braza}}$

Variables

$IC$

Índice de ciclo

$1$

$f_{brazada}$

Frecuencia de brazada

$Hz$

$v_{avance}$

Velocidad de avance

$m/s$

$d_{braza}$

Distancia por brazada

$m$

ID:('gm', 4081)