BIOMECÁNICA DEL SALTO DE PÉRTIGA
Autor: Diana Jiménez Guerrero Centro: IES Juan Gris
Biomecánica del salto de pértiga 2017
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Biomecánica del salto de pértiga 2017
BIOMECÁNICA DEL SALTO DE PÉRTIGA
Este trabajo ha sido realizado del Bachillerato de Investigación del IES. Juan Gris Móstoles (Madrid), febrero de 2017.
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ÍNDICE 1.
AGRADECIMIENTOS ...................................................................................................... 9
2.
INTRODUCCIÓN............................................................................................................. 11 2.1. Historia ............................................................................................................................. 11 2.1.
Descripción de la prueba ............................................................................................. 12
2.2.
Partes de la colchoneta ................................................................................................ 13
2.2.1.
Listón................................................................................................................... 13
2.2.2.
Cajetín ................................................................................................................. 14
2.2.3.
Carrera/pasillo de toma de impulso ..................................................................... 14
2.2.4.
Saltómetros .......................................................................................................... 14
2.2.5.
Colchoneta/zona de caída .................................................................................... 15
2.2.6.
Profundidad ......................................................................................................... 16
2.3.
3.
Pértiga ......................................................................................................................... 16
2.3.1.
Evolución ............................................................................................................ 16
2.3.2.
Características ..................................................................................................... 17
CONCEPTOS TEÓRICOS .............................................................................................. 19
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 3.1.
Biomecánica ................................................................................................................ 19
3.1.1.
Fases mecánicas .................................................................................................. 19
2.1.2. Fases temporales ....................................................................................................... 21 3.2.
Energía ........................................................................................................................ 22
3.2.1.
Energía mecánica ................................................................................................ 22
3.2.2.
Energía cinética ................................................................................................... 23
3.2.3.
Energía potencial ................................................................................................. 24
3.3.
3.2.3.1.
Energía potencial elástica ............................................................................ 24
3.2.3.2.
Energía potencial gravitatoria ..................................................................... 25
Trabajo ........................................................................................................................ 26
3.3.1.
Trabajo y energía cinética ................................................................................... 27
3.3.2.
Trabajo y energía potencial ................................................................................. 28
3.3.3.
Trabajo y energía mecánica ................................................................................. 29
3.4.
Potencia mecánica ....................................................................................................... 29
3.5.
Relación de las energías aplicadas al salto de pértiga ................................................ 30
3.6.
Variables/Variantes ..................................................................................................... 31
4.
OBJETIVO ........................................................................................................................ 33
5.
METODOLOGÍA ............................................................................................................. 35
6.
TRACKER .......................................................................................................................... 37
7.
HOJA DE CÁLCULO. ..................................................................................................... 41 7.1.
Cabeceras de la fase de carrera.................................................................................... 41
7.1.1.
Fase de carrera ..................................................................................................... 42
7.2.
Cabeceras de la fase de vuelo ...................................................................................... 45
7.3.
Gráfica de posiciones .................................................................................................. 49
7.4.
Gráfica de velocidades ................................................................................................ 50
7.5.
Gráficas de energías .................................................................................................... 51
7.5.1.
Energía Cinética .................................................................................................. 51
7.5.2.
Energía Potencial................................................................................................. 51
7.5.3.
Energía Mecánica ................................................................................................ 52
............................................................................................................................................. 52 8.
RESULTADOS (GRÁFICAS) DE CADA UNO DE LOS VÍDEOS ANALIZADOS . 53 8.1.
Atleta1 ......................................................................................................................... 53
8.1.1.
Salto 1.................................................................................................................. 53
8.1.2.
Salto 2.................................................................................................................. 54
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 8.2.
Atleta 2 ........................................................................................................................ 54
8.3.
Atleta 3 ........................................................................................................................ 55
ANÁLISIS DEL ESTUDIO DE VIDEOS ....................................................................... 57
9.
9.1.
Fase de carrera............................................................................................................. 57
9.2.
Fase de presentación (batida), y suspensión y péndulo ............................................... 58
9.3.
Fase de agrupamiento .................................................................................................. 61
9.4.
Fase de extensión y fase de posición “i” ..................................................................... 63
9.5.
Fase de tracción ........................................................................................................... 65
10.
CONCLUSIÓN ..................................................................................................... 67
11.
PROPUESTA DE MEJORA ................................................................................. 69
12.
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 71
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1. AGRADECIMIENTOS Agradecer al club de atletismo de Móstoles, A.A.Móstoles, por ofrecerme la posibilidad de grabar y estudiar a sus atletas especializados en la prueba de salto de pértiga para poder realizar dicho proyecto. A sí mismo a los atletas que han sido grabados, Elena Saro y Julen. También quiero agradecer a mi familia por soportarme día tras día y apoyarme en todo momento. En especial, quiero dar las gracias a mis padres por ayudarme a grabar los videos y a mi hermano por echarme una mano con las gráficas. También me gustaría retribuir este trabajo a Gregorio Rosa Palacios, por guiarme y aconsejarme a lo largo de todo el proceso. Quiero manifestar un especial agradecimiento a mis amigos de, sobre a mi compañera de clase, Irene, por aguantarme a diario, por enseñarme tanto y por regalarme tantísimas buenas tardes e innumerables sonrisas. Finalmente, gracias por todo el apoyo recibido en estos dos cursos. Ha sido una experiencia inolvidable.
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2. INTRODUCCIÓN 2.1. Historia Antiguamente se utilizaban garrochas o pértigas para superar diferentes obstáculos (bajar montañas y vadear ríos), esta técnica era utilizada por los agricultores primitivos, que usaban la garrocha como un método para cruzar las zanjas de irrigación.... Se utilizaba más bien para hacer saltos horizontales. Los primeros registros de salto con garrocha de American Track and Field (atletismo) según Peter Matthews (autor de Track and Field Athletics: The Records) se remonta al antiguo Egipto. Matthews traza la primera competición de Track and Field organizada en 3800 a.C. en Memphis (Egipto). Antes de convertirse en un deporte olímpico, era una táctica militar, los guerreros utilizaban las pértigas para traspasar las murallas de castillos. Los guerreros veían esta táctica más fácil que colocar una escalera contra las murallas.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 Vasijas y pinturas aproximadamente del año 500 a.C. representan a atletas griegos haciendo competiciones. Una de las pruebas era el salto con garrocha que consistía en saltar barreras, sin embargo se cree que sus pértigas en realidad eran lanzas usadas para la batalla. Más tarde, esta técnica del salto con garrocha, pasaron a utilizarla los toreros. En España existen pinturas, de Francisco de Goya, y de Pablo Picasso, los cuales reflejaron los saltos habituales, en aquellos tiempos, utilizados por los toreros en todas las plazas de toros de la península ibérica. La aparición del salto con pértiga que conocemos fue en 1850 por los miembros del Cricket Club de Ulverston. Estos crearon un concurso de “running pole leaping” (salto con pértiga con impulso) que, se hizo popular en Lancashire (Inglaterra).Fueron los primeros en transformar este salto en vertical. En esta competición estaba permitido trepar por la pértiga durante el salto. Esta forma de saltar permaneció como la única utilizada, pero se prohibió en 1889. De tal modo, los saltadores se vieron obligados a cambiar de técnica, cuya respuesta fue impulsarse con la pértiga para saltar más alto. La primera aparición del salto de pértiga en los juegos olímpicos fue en 1896 en los juegos de Atenas (Grecia), pero solo para los hombres. Esta disciplina fue dominada por los hombres, durante más de un siglo. En el 2000, se les permitió a las mujeres participar en los Juegos Olímpicos de Sydney (Australia). Con el tiempo de los años la técnica del salto de pértiga y las pértigas, fueron cambiando y mejorando, lo que dio lugar a la mejora de las marcas.
2.1.
Descripción de la prueba
Salto de pértiga es una especialidad del atletismo que consiste en saltar la mayor altura posible por encima del listón (el listón está situado entre dos saltómetros verticales), con la ayuda de una pértiga. Para que un salto sea válido el atleta deberá saltar dicha altura sin tirar el listón. El atleta tiene tres intentos para saltar cada altura. Si en esos intentos no salta dicha altura el atleta será eliminado. La altura va aumentando según el reglamento, cuando el atleta haya saltado dicha altura en sus tres intentos. Por lo tanto gana el atleta que más alto salte. Cuando dos atletas saltan la misma altura, gana el atleta que tenga menos nulos. Los atletas tienen un tiempo estimado para realizar el salto, si hay más de tres atletas compitiendo tienen un minuto para realizar el salto, si hay entre tres y dos atletas
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 tienen dos minutos y si hay un atleta tiene cinco minutos. Pero si están saltando más de una persona, y a un atleta le toca realizar dos saltos consecutivos tiene tres minutos. Para que un salto sea válido deberán estar presente unos jueces que supervisaran la prueba para que no se incumpla ninguna regla; estos jueces tomarse medidas exactas cuando se eleve el listón, sobre todo si la altura que se intenta saltar supone un Récord. Se necesitan al menos dos jueces para llevar la prueba. El respectivo Juez debe indicar la validez o invalidez de un intento, alzando una bandera, blanca o roja, según sea el caso.
2.2.
Partes de la colchoneta
2.2.1.
Listón
El listón estará hecho de fibra de vidrio, u otro material apropiado, pero no de metal, de sección transversal circular, con excepción de los extremos. La longitud total del listón 4,50m (± 20 mm), y su peso máximo es de 2,25 kg. El diámetro del listón será de 30 mm (± 1mm).El listón consta de tres partes: la barra circular y dos extremos, cada uno de 30-35 mm de anchura y de 150-200 mm de longitud, a fin de poder colocarlo sobre los soportes de los saltómetros.
Figura 1: extremos alternativos de los listones. http://www.rfea.es/revista/libros/IAAF_manual2016-2017.pdf
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 2.2.2.
Cajetín
La batida se produce en el cajetín. Estará construido de un material apropiado, con bordes superiores redondeados o sin ángulos cortantes, y estará enterrado a nivel del pasillo. Tendrá 1 m de largo, y 0,60m de anchura en la parte anterior, la cual irá disminuyendo en el fondo hasta llegar a 0,15m de ancho en la parte inferior del tope.
Figura 2: modelo del cajetín. http://www.rfea.es/revista/libros/IAAF_manual2016-2017.pdf
2.2.3.
Carrera/pasillo de toma de impulso
La longitud mínima del pasillo será de 40 m y donde las condiciones lo permitan, 45 m. la anchura es de 1,22m (+/0,01m) y estará delimitado por líneas blancas de 50mm de ancho.
2.2.4.
Saltómetros
El listón descansará en tacos horizontales de modo que, si es tocado por el atleta o por su pértiga, caiga fácilmente al suelo en el sentido de la zona de caída. La distancia entre los tacos será de 4,30 m a 4,37 m. Los tacos no serán o estarán cubiertos con goma o con cualquier otro material.
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Figura 3: modelo de los saltómetros. http://www.rfea.es/revista/libros/IAAF_manual2016-2017.pdf
2.2.5.
Colchoneta/zona de caída
La zona de caída no será menor de 6 m de largo (desde el final del cajetín) x 6 m de ancho x 0,80 m de alto.
Figura 4: modelo de la colchoneta. http://www.rfea.es/revista/libros/IAAF_manual2016-2017.pdf
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2.2.6.
Profundidad
Los atletas pueden hacer desplazar el listón desde encima del cajetín a la zona de caída. La profundidad es la distancia que se coloca el listón, el listón se puede colocar de o a 100 cm (figura 4). Esto es un factor muy importante, ya que el atleta tiene que cuadrar para que el atleta no tire el listón en la subida ni en la caída por culpa de la profundidad y no de la técnica. El atleta puede cambiar la profundidad, en cada intento si lo desea.
2.3.
Pértiga
2.3.1.
Evolución
El reglamento de la asociación internacional de federaciones atléticas (IAAF) especifica que “la pértiga puede ser de cualquier material o combinación de materiales y que puede tener cualquier longitud y diámetro (IAAF, 2012)”. Desde entonces se han buscado elementos materiales y longitudes que permitan la mejora del rendimiento. En relación a los materiales, la pértiga ha evolucionado desde las pértigas de madera hasta las actuales fabricadas en fibra de vidrio. Hasta 1900 se utilizaron las pértigas de madera, principalmente eran de pino, fresno y castaño, tenían un diámetro grande y eran difíciles de manejar; más tarde aparecen las pértigas de bambú; en 1943 aparecen las de aluminio que son más ligeras que las anteriores, pero en 1948 se fabrica una pértiga de acero flexible. Luego aparece la pértiga de fibra de vidrio, y finalmente la actual pértiga de fibra de acero compuesta en sus extremos por fibra de carbono. Estas otorgan menor peso y mayor resistencia en las partes de agarre y apoyo (en el cajetín); y una mayor ligereza y flexibilidad en la parte central. La evolución de los materiales ha permitido incrementar la longitud. La introducción de las pértigas de fibra de vidrio supuso una gran mejora. Sin embargo la superación de las marcas se debe a la mejora de la técnica de salto, ya que ahora todos los pertiguistas usan esta pértiga.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 2.3.2.
Características
Las pértigas tienen unos números que ayudan a diferenciarlos, el primer número que aparece indica la longitud de un extremo a otro de la pértiga y se mide en metros; el segundo número indica la dureza de la pértiga y se mide en libras (indica cual es el peso máximo para lo que ha sido creada, se calcula aplicando pesas a la pértiga hasta que se rompa); el tercer número es la flexibilidad de la pértiga y se mide en milímetros (indica la fuerza que hay que hacer para que la pértiga se doble, se calcula poniendo un peso estándar en el centro de la pértiga y midiendo su flexión) .
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3. CONCEPTOS TEÓRICOS 3.1.
Biomecánica
Existen divisiones del gesto técnico en fases mecánicas y en fases temporales. La fase mecánica es utilizada por los investigadores (para evaluar la cinemática y la cinética); y la fase temporal es la utilizada por los entrenadores (para evaluar la técnica y planificar el entrenamiento).
3.1.1.
Fases mecánicas
Se distinguen dos fases. En la primera fase el atleta transforma la energía cinética, acumulada en la carrera (velocidad horizontal), en energía potencial en el momento que el atleta hace la batida y empieza a ascender gracias a la pértiga. En la segunda parte el deportista recibe esta energía para superar el listón. A diferencia de otras disciplinas de saltos, la transformación de velocidad de carrera a velocidad de batida, se produce una pérdida de energía (entre 6% y 10%) o una ganancia de energía (una ganancia de energía quiere decir que su energía aumenta). En
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 muchos tipos de movimientos ocurren transformaciones de energías; pero en salto de pértiga, es muy difícil que un saltador consiga transformar la misma energía cinética en potencial gravitatoria. Por eso hay que tener en cuenta un factor muy importante, la pértiga, gracias a la pértiga actual se puede tener en cuenta la energía potencial elástica; al realizar bien la técnica se puede producir una ganancia de energía. Por este motivo el atleta debe incrementar su energía cinética y debe desarrollar mucha fuerza en la musculatura de hombros, brazos y troncos, para reducir su pérdida de energía o incluso producir una ganancia de energía. Los diferentes estudios distinguen los instantes dentro del salto:
TD2: penúltimo aterrizaje TO2: penúltimo despegue TD1( ultimo aterrizaje): instante en el que se realiza la batida TO1(batida): instante en el que finaliza la batida MPB (máxima doblaje de pértiga): instante en el quela pértiga alcanza su máxima flexión PS(recuperación pértiga): instante en el que la pértiga su máxima longitud PR(suelta pértiga): instante en el que el saltador pierde el contacto con la pértiga HP(máxima altura saltador): instante en el que el centro de gravedad del saltador alcanza la máxima altura
Figura 5: Muestra las diferentes fases del salto de pértiga, utilizando el lenguaje científico (fase mecánica). http://www.efdeportes.com/efd168/fundamentos-mecanicos-del-salto-con-pertiga.htm
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 2.1.2. Fases temporales
Suspensión y péndulo: desde que se inicia la batida, hasta que se inicia la flexión o agrupamiento del pertiguista. Recogida o agrupamiento: desde que se produce la flexión o agrupamiento hasta la extensión del pertiguista. Extensión: desde que se produce la extensión hasta que comienza la tracción del brazo izquierdo del pertiguista (para saltadores diestros). Posición en I: desde que se produce la tracción del brazo izquierdo hasta que el saltador llega a la posición vertical. Tracción: desde que el saltador llega a la posición vertical hasta que el saltador pierde el contacto con la pértiga.
Figura 6: Muestra las diferentes fases del salto de pértiga, utilizando un lenguaje técnico, es decir el que utilizan los entrenadores y atletas.http://touchdowngalicia.blogspot.com.es/p/blog-page_31.html
Estas divisiones de las fases del salto dificultan la comparación entre ambos, y la recopilación de ambos.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 3.2.
Energía
La energía es una propiedad que tienen los cuerpos capaces de producir transformaciones o cambios en otros cuerpos o en ellos mismos; en otras palabreas la energía es una propiedad de los sistemas físicos que les permite experimentar cambios o producirlos en su entorno. Se presenta en diversas formas y cambia de unas formas a otras. El concepto de energía está relacionado con el del trabajo (W). Si un cuerpo tiene energía, este genera una fuerza y desplaza el objeto, por lo tanto realizan un W. La energía representa la capacidad que tiene un cuerpo al realizar un W. El principio de conservación de energía dice que la energía ni se crea ni se destruye sólo se transforma. Hay diferentes formas de energía: la energía que se transfiere de un sistema a otro recibe diversos nombres relacionados, a veces, con propiedades de los sistemas físicos.
3.2.1.
Energía térmica: es la que se transfiere de un cuerpo a otro de diferente temperatura. Energía química: es la que se produce en las reacciones químicas. Energía eléctrica: es la que contiene corriente eléctrica. Energía radiante: es la que poseen las radiaciones electromagnéticas. Energía nuclear: es la liberada en la fisión y fusión de los núcleos atómicos. Energía mecánica: es la suma de las energías cinética y potencial (gravitatoria y elástica) de un objeto.
Energía mecánica
La energía mecánica está asociada al movimiento y a la posición de los cuerpos. La energía mecánica es la suma la energía cinética y de la energía potencial de un objeto. La mecánica es la parte de la física que estudia el equilibrio y el movimiento de cuerpos sometidos a la acción de fuerzas.
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BiomecĂĄnica del salto de pĂŠrtiga 2017 3.2.2.
EnergĂa cinĂŠtica
La energĂa cinĂŠtica es la energĂa asociada al movimiento, estĂĄ presente en todos los cuerpos que estĂĄn en movimiento, es decir que se mueven a cierta V (EnergĂa cinĂŠtica lineal). 1
đ??¸đ?‘? = 2 ∙ đ?‘šđ?‘Ł 2
[1]
Cuando dos objetos van a la misma velocidad, la energĂa cinĂŠtica es mayor en aquel que tenga mayor masa. En cambio sĂ tienen la misma masa, la energĂa cinĂŠtica serĂĄ mayor en aquel que tenga mayor velocidad. Un cuerpo adquiere energĂa cinĂŠtica, cuando sobre el cuerpo se realiza un trabajo. Cuanto mayor sea el tiempo que estĂŠ actuando dicha fuerza, mayor serĂĄ la velocidad del cuerpo, por lo tanto, mayor serĂĄ su energĂa cinĂŠtica Hay varios tipos de energĂa: La energĂa cinĂŠtica de traslaciĂłn (aparece cuando las partes de un objeto siguen una misma direcciĂłn); la energĂa cinĂŠtica de rotaciĂłn (aparece cuando un objeto gira alrededor de un eje):
1
EnergĂa cinĂŠtica de rotaciĂłn= 2 ∙ đ??źđ?‘¤ 2
(I= momento de inercia, w= velocidad angular).
Ecuaciones 1

đ??¸đ?‘? = 2 ∙ đ?‘šđ?‘Ł 2
 
đ?‘Š = đ??¸đ?‘? − đ??¸đ?‘?đ?‘œ →đ?‘Š = ∆đ??¸đ?‘? đ??¸đ?‘š = đ??¸đ?‘? + đ??¸đ?‘?
[3] [4]
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[2]
BiomecĂĄnica del salto de pĂŠrtiga 2017 3.2.3.
EnergĂa potencial
EnergĂa potencial es la energĂa asociada a un cuerpo debido a la posiciĂłn que ocupa en un campo de fuerza, es decir la energĂa asociada a la posiciĂłn (altura) de un cuerpo. Es la energĂa que tienen los cuerpos que estĂĄn en reposo y depende de la posiciĂłn del cuerpo en el espacio: a mayor altura, mayor serĂĄ su energĂa potencial. Existen dos formas de energĂa potencial: la energĂa potencial elĂĄstica y la energĂa potencial gravitatoria
3.2.3.1.
EnergĂa potencial elĂĄstica
Un cuerpo elĂĄstico es aquel cuerpo deformable que recupera su forma y tamaĂąo originales despuĂŠs de deformarse. La deformaciĂłn de estos cuerpos es causada por una fuerza externa que actĂşa sobre ellos. EnergĂa potencial elĂĄstica es la energĂa acumulada en un cuerpo elĂĄstico tal como un resorte (es aquel que se comporta como un cuerpo elĂĄstico, ejerciendo una fuerza en su proceso de deformaciĂłn). Por ejemplo si tomamos como ejemplo un muelle, la energĂa potencial elĂĄstica es aquella energĂa que adquiere el cuerpo al deformar su forma natural. El muelle tiene đ??¸đ?‘? si el cuerpo se desplaza y este realiza đ?‘Šđ?‘’đ?‘™đ?‘Žđ?‘ đ?‘Ą, Se calcula como:
1
đ??¸đ?‘?đ?‘’ = 2 ∙ đ??ž ∙ đ?›Ľđ?‘Ľ 2 đ??¸đ?‘?đ?‘’ = EnergĂa potencial elĂĄstica. đ??ž = Constante del resorte. đ?›Ľđ?‘Ľ = Desplazamiento desde la posiciĂłn de equilibrio.
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[5]
BiomecĂĄnica del salto de pĂŠrtiga 2017
Figura 7: muestra la energĂa potencial elĂĄstica y, la posiciĂłn de equilibrio (Xo) y la posiciĂłn deformada (Xf) del muelle.
3.2.3.2.
EnergĂa potencial gravitatoria
Es la energĂa que tienen los cuerpos debido a la gravedad de la tierra. La energĂa potencial gravitatoria depende de la altura, es decir se debe a la posiciĂłn respecto al suelo o al lugar tomado de referencia; en otras palabras esta energĂa depende de la altura a la que estĂĄ colocado el cuerpo. La energĂa potencial gravitatoria se calcula como:
đ??¸đ?‘?đ?‘” = đ?‘ƒ â„Ž (đ?‘ƒ = đ?‘šđ?‘”)
đ?‘ƒ â„Ž đ?‘š đ?‘” đ??¸đ?‘?đ?‘”
= Peso = Altura = Masa = gravedad EnergĂa potencial gravitatoria
Se suele considerar que a una altura cero la đ??¸đ?‘?đ?‘” es cero.
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[6]
BiomecĂĄnica del salto de pĂŠrtiga 2017 CaracterĂsticas de la EnergĂa Potencial Gravitatoria:    
 
3.3.
Para que exista energĂa potencial gravitatoria tiene que existir la gravedad. El valor de la energĂa potencial en un punto es relativo. Depende del nivel de referencia elegido para la altura Puede ser positiva o negativa, segĂşn donde se sitĂşe el nivel 0 de altura La diferencia de energĂa potencial (∆E), entre dos puntos es un valor absoluto, que coincide con el trabajo necesario para llevar el cuerpo desde el primer punto hasta el segundo y es independiente del sistema de referencia elegido Se incrementa con la altura La expresiĂłn Ep = m ¡ g ¡ h sĂłlo es vĂĄlida para alturas pequeĂąas, donde podemos considerar g constante ya que, en realidad, g varĂa con la altura
Trabajo
El trabajo es una magnitud escalar que indica la fuerza realizada sobre un cuerpo o por un cuerpo cuando estĂĄ produciendo un desplazamiento, es decir cuando vence una resistencia. El trabajo no es una energĂa, es un procedimiento para transferir energĂa mecĂĄnica entre los cuerpos o sistemas fĂsicos. Es una fuerza aplicada a un objeto que desplaza su punto de aplicaciĂłn. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio (J). El trabajo es una fuerza constante que actĂşa sobre un cuerpo que se mueve con movimiento rectilĂneo como el producto escalar de la fuerza por el desplazamiento: đ?‘Š = đ??šâƒ— ∙ ⃗⃗⃗⃗⃗ ∆đ?‘Ľ
[7]
AquĂ entra en juego la direcciĂłn de la fuerza aplicada la cual puede ser horizontal, oblicua o vertical respecto a la direcciĂłn en que se mueve el objeto. W = F â‹… ∆x â‹… cos∅
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[8]
Biomecånica del salto de pÊrtiga 2017 Dónde: 
W es el trabajo realizado por la fuerza. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio (J).  F es una fuerza constante. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Newton (N).  ∆đ?‘Ľâƒ— es el vector desplazamiento del cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro, es decir indica el espacio recorrido por el cuerpo.  Ď• es el ĂĄngulo que forman las fuerza y el desplazamiento experimentado por el cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el radiĂĄn (rad).
3.3.1.
Trabajo y energĂa cinĂŠtica
Cuando las fuerzas aplicadas cambian el estado de movimiento de los cuerpos, se produce una variaciĂłn de la energĂa cinĂŠtica del cuerpo. Se calcula: đ??š = đ?‘šđ?‘Ž
[9]
Si la fuerza que actĂşa sobre ĂŠl es constante, el cuerpo experimenta un MRUA. Entonces: đ?‘‰đ?‘“2 − đ?‘‰đ?‘œ2 = 2đ?‘Ž ∙ ∆x
[10]
por lo tanto el trabajo realizado serĂĄ đ?‘Š = đ??¸đ?‘?đ?‘“ − đ??¸đ?‘?đ?‘œ = ∆đ??¸đ?‘?
[11]
Esta fĂłrmula es conocida como el teorema de la energĂa cinĂŠtica (teorema de las “fuerzas vivasâ€?). El trabajo realizado por la fuerza resultante sobre un cuerpo que actĂşa sobre otro es igual a la variaciĂłn de la energĂa cinĂŠtica de dicho cuerpo.
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BiomecĂĄnica del salto de pĂŠrtiga 2017
3.3.2.
Trabajo y energĂa potencial
El trabajo realizado por la fuerza resultante sobre un cuerpo puede producir en ĂŠl un cambio en la posiciĂłn o en la forma. Se producen dos tipos de cambios:

Cambio de posiciĂłn: W=đ?‘šđ?‘”∆ℎ = đ??¸đ?‘?2 − đ??¸đ?‘?1 = ∆đ??¸đ?‘?
[12]
Por ejemplo en un ascensor, el trabajo realizado produce una variaciĂłn de la energĂa potencial gravitatoria del ascensor. La fuerza aplicada incrementa la energĂa potencial del ascensor.

Cambio en la forma: đ??š = đ??ž â‹… ∆đ?‘Ľ
[13]
Siendo la F variable aplicada sobre el cuerpo y k la constante recuperadora propia. Al estirarlo a V constante: 1
đ?‘Š = 2 â‹… đ??ž(∆đ?‘Ľ)2
[14]
La fuerza aplicada incrementa la energĂa potencial del muelle. Trabajo realizado por la fuerza gravitatoria: đ?‘Šđ?‘? ⃗ = −∆đ??¸đ?‘? Trabajo realizado por una fuerza elĂĄstica:đ?‘Šđ?‘“đ?‘’đ?‘™đ?‘Žđ?‘ đ?‘Ą ⃗ = −∆đ??¸đ?‘? Las fuerzas conservativas: El trabajo realizado para desplazar un cuerpo en un campo de fuerzas conservativas solo depende de las posiciones inĂciales y finales del cuerpo, y es independiente de la trayectoria seguida. Estas fuerzas estĂĄn asociadas a una energĂa potencial, por ejemplo el peso y las fuerzas son fuerzas conservativas, y las fuerzas magnĂŠticas no. Se calcula: đ?‘Šđ?‘Žâˆ’đ?‘? = đ??¸đ?‘?đ?‘Ž − đ??¸đ?‘?đ?‘? = −đ??¸đ?‘?
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BiomecĂĄnica del salto de pĂŠrtiga 2017
3.3.3.
Trabajo y energĂa mecĂĄnica
La fuerza realizada por la fuerza resultante sobre un cuerpo puede hacer cambiar su “vâ€? o posiciĂłn; o ambas. Si se realiza trabajo sobre un cuerpo, este trabajo se invierte en incrementar la energĂa mecĂĄnica del grupo. En ausencia de Fr, el W realizado por una F aplicada un cuerpo es una medida de la variaciĂłn de su energĂa mecĂĄnica: đ?‘Šđ?‘“ = ∆đ??¸đ?‘š = ∆đ??¸đ?‘? + ∆đ??¸đ?‘?
3.4.
Potencia mecĂĄnica
La potencia mecĂĄnica es una magnitud que relaciĂłn el trabajo con el tiempo invertido en realizar ese trabajo. Indica la rapidez con la que se realiza un trabajo. La unidad internacional de medida de la potencia mecĂĄnica es el Watt. đ?‘ƒđ?‘œđ?‘Ąđ?‘’đ?‘›đ?‘?đ?‘–đ?‘Ž đ?‘šđ?‘’đ?‘?ĂĄđ?‘›đ?‘–đ?‘?đ?‘Ž =
đ?‘‡đ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘?đ?‘Žđ?‘—đ?‘œ đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘Žđ?‘™đ?‘–đ?‘§đ?‘Žđ?‘‘đ?‘œ đ?‘‡đ?‘–đ?‘’đ?‘šđ?‘?đ?‘œ đ?‘’đ?‘šđ?‘?đ?‘™đ?‘’đ?‘Žđ?‘‘đ?‘œ
đ?‘ƒ= đ?‘ƒ=
đ?‘Š ∆đ?‘Ą
đ??š ∙ ∆đ?‘Ľ ∆đ?‘Ą
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[15]
Biomecánica del salto de pértiga 2017
3.5.
Relación de las energías aplicadas al salto de pértiga
Cuando el atleta está corriendo antes del salto, va aumentando su velocidad, es decir, que aumenta su energía cinética (energía cinética de traslación). Existe una relación entre la energía cinética y potencial, por ejemplo cuando lanzas una bola hacia arriba, está coge velocidad lo que indica que es energía cinética, sin embargo al lanzarlo hacia arriba, es decir vertical, al mismo tiempo, está adquiere energía potencial. En este caso cuando la bola llegue a su altura máxima, esta tendrá una velocidad igual a 0 m/s. Cuando la bola empieza caer tendrá energía cinética, y su energía potencial descenderá ya que la bola baja de altura. En este caso, si se deja caer la bola hasta el suelo, significará que no tendrá ni energía potencial, ya que está al ras del suelo, ni energía cinética, porque su velocidad será cero. Esto significa que la energía potencial se puede transformar en cinética. En el salto de pértiga, el atleta utiliza la pértiga para convertir la energía cinética de su carrera en energía potencial cuando la pértiga se encuentra en posición vertical. El pertiguista se eleva porque la energía elástica de la pértiga se transforma en energía potencial mediante un proceso físico. Cuando el deportista salta va aumentando la altura, por lo tanto aumenta la energía potencial, y disminuye la velocidad, es decir, la energía cinética disminuye. Cuando el atleta llega a una altura máxima la energía potencial es máxima y la energía cinética es cero. Cuando un cuerpo es levantado a una determinada altura adquiere la energía potencial gravitacional; una vez que cae el cuerpo esa energía potencial se transformará de inmediato en energía cinética. Ya que al bajar la energía potencial va disminuyendo (porque la altura disminuye), y la energía cinética va aumentando (porque la velocidad aumenta).
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 3.6.
Variables/Variantes
En el salto de pértiga existen muchas variantes que pueden hacer al pertiguista ejecutar un mal salto:
Como no hay una ley específica para la pértiga, cada pértiga es diferente (unas son más altas, otras aguantan más peso, otras se les debe ejercer más fuerza), y puede que el atleta no esté utilizando la pértiga adecuada. El atleta puede estar ejecutando mal la carrera o la técnica, también puede ocurrir cuando el atleta coge mal el agarre. La prueba se esté haciendo más difícil por fenómenos meteorológicos (si la prueba se está llevando a cabo al aire libre): viento, lluvia, frio… Puede que el atleta no esté físicamente preparado para la prueba (un pertiguista principalmente debe ser ágil, veloz, fuerte de brazos, espalda y hombros). Puede que el atleta haya sufrido alguna o tenga lesión. El atleta puede que no esté físicamente mentalizado, es decir que ese día no esté concentrado.
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4. OBJETIVO En este trabajo se realiza un estudio de las energías mecánicas asociadas al salto de pértiga de diferentes saltadores, a través del análisis de videos e imágenes de diferentes saltadores con el fin de mejorar su técnica, para que los atletas puedan mejorar su rendimiento.
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5. METODOLOGÍA
Grabación de varios saltos de diferentes atletas para su posterior análisis: uso de una cámara y un trípode para poder grabar los videos con la máxima precisión posible. Analizar los videos obtenidos con la aplicación Tracker para obtener datos importantes como velocidades y posiciones. Cálculo de las energías cinéticas y potenciales en las diferentes fases del salto de pértiga con los datos obtenidos en el punto anterior. Análisis de las fases del salta basado en las gráficas de energía o Comparación cualitativa de los videos de los atletas estudiados con atletas profesionales para corregir los fallos. o Comparación de los datos obtenidos del estudio energético de los atletas analizados con atletas profesionales.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017
6. TRACKER Tracker es un software gratuito que permite el análisis de movimientos en una y dos dimensiones. Es una aplicación diseñada para la enseñanza de la física. El programa permite extraer datos en tablas y gráficas, y obtener los valores de diferentes magnitudes mediante los cálculos necesarios.
Figura 8: logo de la aplicación Tracker. http://physlets.org/tracker/
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Para realizar el análisis de los videos seguimos los siguientes pasos: 1. Colocamos el eje de coordenadas: el eje “x” se coloca en la carrera y el eje “y” en el saltómetro más cercano.
Figura 9: muestra el eje de coordenadas.
2. Colocamos una vara de calibración, para aproximar los datos. Utilizamos como medida más exacta la altura en el centro del listón. Colocamos la vara delante de los saltómetros, debido al ángulo con el que se ve la colchoneta.
Figura 10: muestra la vara de calibración.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 3. Hacemos una aproximación, toda la masa del atleta se coloca en su centro de masa, por lo tanto colocamos la masa puntual en el centro de gravedad de los atletas, para que los datos sean más precisos. Para diferenciar las fases del salto hemos utilizado tres masas puntuales. La masa “a” se refiere a la fase de carrera, la masa “b” coincide con la fase de vuelo y la masa “c” coincide con la fase de caída.
Figura 11: muestra las diferentes masas.
4. Después de realizar las masas puntuales obtenemos varios datos. De la masa a obtenemos la velocidad, la posición y el tiempo, y de la masa b la altura.
Figura 12: muestra los datos obtenidos de la masa a.
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Figura 13: muestra los datos obtenidos de la masa b.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017
7. HOJA DE CÁLCULO. 7.1.
Cabeceras de la fase de carrera
La hoja de cálculo la vamos a utilizar para obtener parámetros del salto a partir de los datos obtenidos en los vídeos mediante la aplicación “Tracker”. En este trabajo se ha utilizado “Microsoft Excel 2007” Los datos están divididos en dos apartados: la fase de carrera y la fase de vuelo. Los valores directos obtenidos de los vídeos son posiciones y tiempos. Además se han introducido otra serie de datos:
Masa del atleta Posición del Centro de Masas (CM). Se ha hecho una estimación situando el CM en el ombligo del atleta
El origen de coordenadas se sitúa al pie del saltómetro más cercano en la imagen (figura 9). Por ello todas las posiciones horizontales en la fase de carrera tendrán un signo negativo
A partir de ellos se han calculados los siguientes parámetros:
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7.1.1.
Fase de carrera
Figura 14: muestra las cabeceras utilizadas en la masa “a”.
o Velocidad horizontal (Columna C). Se mide como la variación en la posición en dos filas consecutivas dividido entre la variación de tiempo en dos filas consecutivas. Por ejemplo: C23 = (B23-B22) / (A23 – A22)
[16]
o Aceleración horizontal (Columna D). Se mide como la variación en la velocidad en dos filas consecutivas dividido entre la variación de tiempo en dos filas consecutivas. Por ejemplo: D23=(C23-C22)/(A23 – A22)
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[17]
Biomecánica del salto de pértiga 2017 o Energía cinética (Columna F). Se calcula a partir de la expresión [1] utilizando como velocidad los valores obtenidos en la columna C. Por ejemplo: F23=0,5*50*C23^2
[18]
o Energía Potencial (Columna G). Calculada a partir de la expresión [6], utilizando como altura la estimación realizada del CM del atleta. Esta energía será constante, ya que se aproxima un valor para el CM que no cambie durante la carrera (el centro de masa del atleta se encuentra en una celda fija, B8). G23=50*9,81*B$8
[19]
o Energía Mecánica (Columna H). Suma de Energía cinética y potencial. H23=F23+G23
[20]
o Promedio velocidad. Se ha estimado el promedio de velocidad en distintos intervalos: Toda la carrera, 4 últimas zancadas y 2 últimas zancadas.
Figura 15: muestra los diferentes promedios de las velocidades obtenidas durante la carrera, y sus respectivas energías.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 Gráfica velocidad posición:
Posicion (m) / Velocidad (m/s)
10,00 5,00 0,00 -5,00
-
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00 POSICIÓN
-10,00
VELOCIDAD
-15,00 -20,00 -25,00
Tiempo (s)
Figura 16: muestra la gráfica de la posición velocidad de la fase de carrera del atleta 1
Como era de esperar la velocidad aumenta a lo largo de toda la carrera y se ha elegido como promedio las dos últimas zancadas porque es el valor más elevado para la velocidad, este valor lo consideramos como la velocidad con la que el atleta ataca a la pértiga.
Figura 17: muestra una gráfica compuesta con todas las energías que forman parte de la fase de carrera.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017
Esta gráfica muestra las energías en la fase de carrera. Al hacer una estimación de la energía potencial en el CM este se ha considerado constante, a una altura de 1,02 m en este caso. La energía cinética aumentado en virtud del trabajo suministrado por los músculos del atleta que han propiciado un incremento en la velocidad. Las oscilaciones en la energía cinética y la mecánica se deben a los pequeños intervalos de tiempo utilizados (0,04 s) que introducen ciertas imprecisiones en la medida y sus cálculos correspondientes. Se llega a apreciar un patrón oscilante en las variaciones, coincidiendo con las zancadas del atleta. Como ya hemos mencionado antes la energía potencial por eso no es constante y por eso esta energía no oscila. Esto nos hace suponer que si se mirara con más detalle la velocidad a lo largo de cada paso apreciarías una velocidad variable en cada parte de la zancada, pero nuestro método de medida no permite llegar a tal punto de precisión. Por ello trabajaremos con promedios, especialmente en la última fase de la carrera.
7.2.
Cabeceras de la fase de vuelo
En la fase de salto se utilizan cabeceras similares a las de la fase de carrera, sin embargo debemos observar que el salto de pértiga es especial. Cuando el atleta inicia el salto se produce un movimiento en dos ejes, el eje X y el eje Y. Podemos asociar una energía cinética a cada uno de los ejes de forma separada. Como ya vimos en un apartado anterior, el atleta es capaz de transformar la energía cinética de la carrera en energía potencial, que se puede dividir en dos partes: la energía potencial gravitatoria asociada a la altura a la que se eleva el atleta y la energía potencial elástica debida a la deformación de la pértica o
Velocidad horizontal (Columna O). Se mide como la variación en la posición en dos filas consecutivas dividido entre la variación de tiempo en dos filas consecutivas. Por ejemplo:
O17= (M17-M16)/(K17-K16)
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[21]
Biomecánica del salto de pértiga 2017 o
Velocidad vertical (Columna P). Se mide como la variación en la altura en dos filas consecutivas dividido entre la variación de tiempo en dos filas consecutivas. Por ejemplo: P17 =(N17-N16)/(K17-K16)
o
Aceleración horizontal (Columna Q). Se mide como la variación en la velocidad horizontal en dos filas consecutivas dividido entre la variación de tiempo en dos filas consecutivas. Por ejemplo: Q17= (O17-O16)/(K17-K16)
o
[26]
Energía Potencial Gravitatoria (Columna V). Se calcula a partir de la expresión [6], utilizando como altura (h) los valores obtenidos en el Tracker que se encuentran en la columna N. V23= B$6*9,81*N23
o
[25]
Energía cinética vertical (Columna U). Se calcula a partir de la expresión [1] utilizando como velocidad los valores obtenidos en la columna O. U17=0,5* B$6*P17^2
o
[24]
Energía cinética horizontal (Columna T). Se calcula a partir de la expresión [1] utilizando como velocidad los valores obtenidos en la columna N (la masa del atleta se encuentra en una celda fija, B6). T17=0,5*B$6*O17^2
o
[23]
Aceleración vertical (Columna R). Se mide como la variación en la velocidad vertical en dos filas consecutivas dividido entre la variación de tiempo en dos filas consecutivas. Por ejemplo: R17= (P17-P16)/(K17-K16)
o
[22]
[27]
Energía Mecánica (sin incluir la elástica) (Columna W). Suma de ambas energías, cinética y potencial gravitatoria. W17=U17+V17+T17
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[28]
Biomecánica del salto de pértiga 2017
Figura 18: muestra las cabeceras utilizadas en la masa “b”.
o
Energía potencial elástica (Columna Y). esta es la única variable que no podemos calcular a partir de los datos. En el punto 7 se explica más detalladamente las aproximaciones que se han utilizado. En la tabla se calcula la Energía potencial elástica restando a la energía mecánica total (calculada en el momento de la batida) menos la suma de energías cinéticas y potenciales gravitatorias en la fase de vuelo. Es decir se ha utilizado la ley de Conservación de la Energía Mecánica.
2000,000 1800,000
1600,000
Energias(J)
1400,000 1200,000 Energía cinética y salto
1000,000
Energía cinética x salto
800,000
Energía potencial salto
600,000
Energía mecánica salto
400,000 200,000 0,000 -
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Tiempo(s)
Figura 19: muestra una gráfica compuesta con todas las energías que forman parte de la fase de vuelo, sin tener en cuenta la energía potencial elástica.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 El Teorema de conservación de la energía asegura que la energía mecánica se conserva, si nos fijamos esto ocurre con el punto final de la energía mecánica de la fase de carrera, y el punto inicial del la energía mecánica de la fase de vuelo. Sin embargo desde el punto de la energía mecánica inicial hasta el punto de la energía mecánica final se produce un gran desplazamiento hacia abajo formando una curva hasta unir dichos puntos. Teóricamente podemos decir que esa energía que falta para que se mantenga la energía mecánica constante es la energía potencial elástica. De esta forma se cumpliría el Teorema de conservación de la energía.
La energía aparece en la fase de vuelo (expresión [5]). La energía potencial elástica hace referencia a movimientos de extensión / compresión (muelle) o torsión (péndulo de torsión). El movimiento de la pértiga es diferente y no se engloba en ninguna de estas categorías, por lo que vamos a hacer nuestra propia estimación: Esta energía se averiguaría mediante la diferencia de la energía mecánica en el punto inicial de la fase de carrera (seria la misma energía, ya que hemos utilizado la ley de la conservación de energía mecánica) menos la energía mecánica que forma la curva (es decir la energía en cada momento). Un primer análisis de la curva permite observar cómo se acumula más energía en el punto más bajo de la curva. Esto indicaría que en ese momento se conserva más energía o dicho de otra manera que la pértiga en ese momento mantiene más energía (en este caso energía potencial elástica) que coincidiría con el punto de más dobladura de la pértiga, gracias a la conservación de energía. Si juntamos ambas gráficas, es decir la gráfica de la fase de carrera del atleta 1 (Figura 17) con la gráfica de la fase de vuelo del atleta 1(Figura 19) obtendremos una nueva grafica en la que se puede observar todas las energías que intervienen en el salto de pértiga a excepción de la energía potencial elástica.
Figura 20: muestra una gráfica compuesta con todas las energías que forman parte de las energías de la fase de carrera del atleta 1 más las energías de la fase de vuelo del atleta, excepto la energía potencial elástica.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017
Se puede observar como en la fase de carrera la energía potencial se mantiene constante, la energía cinética sigue un patrón tanto como la energía mecánica. Sin embargo, como ya hemos mencionado en la fase de vuelo se produce una curvatura en la energía mecánica, en la energía potencial se produce un aumento constante, y en ambas energías cinéticas se produce una disminución de energía. Si nos fijamos se cumple el teorema de conservación de energías. El punto final de la energía mecánica de la fase de carrera coincide con el punto inicial de la energía mecánica de la fase de vuelo. Pero además se puede observar un incremento de energía entre el punto inicial de la energía mecánica de la fase de vuelo con el punto final de la energía mecánica de la fase de vuelo, este incremento se debe al trabajo realizado por los músculos del atleta para intentar obtener más altura
7.3.
Gráfica de posiciones
5,00 0,00 -
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Posición(m)
-5,00 Posición Carrera
-10,00
Posición Vuelo X Posición Vuelo Y
-15,00
-20,00 -25,00
Tiempo (s)
Figura 21: muestra las diferentes posiciones que se producen durante el salto (del atleta 1).
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Biomecánica del salto de pértiga 2017
7.4.
Gráfica de velocidades
8,00 7,00
Velocidad (m/s)
6,00 5,00 4,00
Velocidad Carrera
3,00
Velocidad Vuelo X
2,00
Velocidad Vuelo Y
1,00 0,00 -1,00 -2,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Tiempo (s)
Figura 22: muestra las aceleraciones que se produce en el salto de pértiga (del atleta 1).
Como se puede observar en la gráfica las velocidades no son constante, esto se debe a que las velocidades se han determinado en un intervalo de tiempo muy pequeño, exactamente en 0,04s. Por ejemplo si nos fijamos en la velocidad de la carrera se ve cómo la velocidad va creciendo, sin embargo está no se mantiene constante porque muchas veces cuando se medía la velocidad el atleta estaba cambiando de pierna al correr lo que reduciría un poco su velocidad, y cuando da la zancada, la velocidad aumentaría. Por esa razón se han utilizado promedios para poder utilizar valores más exactos. Aun así se puede ver como la velocidad aumenta en la carrera y luego se reduce en la fase de vuelo.
Página 50
Biomecánica del salto de pértiga 2017 7.5.
Gráficas de energías
7.5.1.
Energía Cinética
1.600,00 1.400,00 1.200,00
Energia (J)
1.000,00 800,00
Energía Cinética Carrera
600,00
Energía Cinética Vuelo X
400,00
Energía Cinética Vuelo Y
200,00 (200,00)
-
2,00
4,00
6,00
Tiempo (s)
Figura 23: muestra la variación de la Energía Cinética durante el salto de pértiga (del atleta 1).
Energía Potencial
1800 1600 1400
Energia (J)
7.5.2.
1200 1000 800
Energía Potencial Carrera
600
Energía Potencial Vuelo
400 200 0 -
2,00
4,00
6,00
Tiempo (s)
Figura 24: muestra la variación de Energía Potencial durante el salto (del atleta 1).
Página 51
Biomecánica del salto de pértiga 2017
7.5.3.
Energía Mecánica
2500,00 2000,00
Energia (J)
1500,00
Energía Mecánica Carrera
1000,00
Energía Mecánica Vuelo
500,00 0,00 -
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Tiempo (s)
Figura 25: muestra la variación de Energía Mecánica durante el salto (del atleta 1).
Como podemos observar en la gráfica la energía mecánica se conserva, es decir el último punto de la energía mecánica de la carrera es igual a la energía mecánica en el punto inicial y final de la fase de vuelo. Como hemos visto antes la energía mecánica varía en cada momento por la presencia de la energía potencial elástica.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017
8. RESULTADOS (GRÁFICAS) DE CADA UNO DE LOS VÍDEOS ANALIZADOS Después de realizar todas las operaciones, podemos observar las siguientes graficas de los diferentes saltadores (se ha intentado utilizar los mismos colores y las mismas figuras para representar cada energía de los diferentes atletas para poder mejorar su estudio):
8.1.
Atleta1
8.1.1.
Salto 1
Figura 26: la gráfica muestra el conjunto de energías que se produce en el salto de pértiga del atleta 1-salto 1.
Página 53
Biomecánica del salto de pértiga 2017 8.1.2.
Salto 2
Figura 27: muestra las diferentes energías que se producen durante el salto de pértiga del atleta 1-salto 2.
8.2.
Atleta 2
Figura 28: muestra la variación de las energías que se producen durante el salto de pértiga del atleta 2.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017
8.3.
Atleta 3
Figura 29: muestra la variación de las energías que se producen durante el salto de pértiga del atleta 3.
Como hemos podido observar en las gráficas anteriores, en el salto de pértiga se obtienen varias energías. Y como dice la ley de la Conservación de las Energías, las energías mecánicas se conservan. Sin embargo existe una gran diferencia entre la última grafica (figura 32) con las demás (figura 29,30 y 31). Esto se debe a que el atleta 3 consigue producir y conservar mayor energía que las demás, por lo tanto también saltará listones más altos. Esto se debe a varios factores como la técnica, la velocidad en la batida, la fuerza del atleta… pero en este caso se ve claramente que el pertiguista 3 tiene energías superiores a los otros atletas. Por ejemplo el deportista 3 consigue superar los 3000 Julios en la energía mecánica de la fase de vuelo, mientras que los otros atletas los 2500 Julios en la misma energía.
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9. ANÁLISIS DEL ESTUDIO DE VIDEOS Para analizar mejor los errores de los videos se han separado por fases:
9.1.
Fase de carrera
En la carrera los deportistas no deberían separar las muñecas de la cadera, para así no balancear la pértiga mientras que corren. Esto error les perjudica a la hora de ganar de velocidad, por lo tanto también tendrá repercusiones en su energía cinética en la carrera. Este error es una de las causas por las que las velocidades no salgan constantes a la hora de obtenerlas.
En la carrera todos los deportistas cometen el mismo error. Los atletas balancean la pértiga (separan la muñeca derecha de la cadera mientras corren). Esto les perjudica perdiendo velocidad y energía cinética de la fase de carrera. Los pertiguistas deberían corregir este fallo para ser capaces de transformar más energía a la hora de la batida. Este error también puede influir a la hora de la batida.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017
Figura 30: muestra como el atleta 1 separa la muñeca de la cadera, y como mantiene el tronco recto mientras corre.
9.2.
Fase de presentación (batida), y suspensión y péndulo
Esta fase es la más importante, ya que cuando se inicia la fase de vuelo se empieza a transformar la energía mecánica de la carrera en energía mecánica de la fase de vuelo. La gran clave para realizar esto es mantener los brazos en extensión, esto da tensión a la pértiga, y esta es capaz de conservar mejor la energía. En las gráficas de todos los atletas (figura 26, 27. 28 y 29) se divisa el inicio de la fase de vuelo (es decir la fase de batida), en la energía potencial gravitatoria (de la fase de vuelo) se puede divisar como se inicia en curva y luego va creciendo de forma constante o realizando ondulaciones, y en la energía cinética vertical (de la fase de vuelo) aparece la misma curva que en la energía potencial pero en sentido contrario, esto coincide cuando el atleta acaba de realizar la batida y despega del suelo. Esta pequeña curva representada en la gráfica muestra la transformación de energía de la carrera a la fase de vuelo. Al mismo tiempo que se realiza esta transformación la energía cinética potencial elástica empieza a aumentar, y cuando ambas curvas de la gráfica (de la energía potencial y de la energía cinética vertical de la fase de vuelo) finalizan, la energía potencial elástica es máxima. La energía cinética horizontal de la fase de vuelo no tiene tanta importancia como otras energías en la fase de vuelo, ya que solo indica como su energía va disminuyendo mientras que se va a acercando al listón.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017
Atleta 1: Realiza la presentación de la pértiga tarde, pero en la batida la atleta tiene los brazos en extensión y su cuerpo se encuentra perpendicular con el suelo. Sin embargo tras la batida el atleta dobla los codos y pega el cuerpo a la pértiga esto perjudica al atleta porque el gran reto de esta prueba es conservar más energía potencial elástica, para que luego la pértiga lance al deportista lo más alto posible. Cuanta más tensión se le da a la pértiga en la fase de batida, más energía potencial elástica se almacenará, y el deportista podrá saltar listones más altos, porque la energía potencial elástica le devolverá después la energía acumulada, lo que le permitirá aumentar sus energía mecánica en la fase de vuelo, y saltar listones más altos. Por esa razón la mejor forma de conservar más energía es manteniendo los brazos en extensión.
Figura 31: muestra la fase de batida (en la que el cuerpo del atleta debe estar perpendicular al suelo) y muestra como el atleta en la fase de suspensión dobla el brazo izquierdo y pega el cuerpo a la pértiga.
Como ya hemos mencionado la energía cinética de la fase de vuelo en su primera curva hacia abajo representa la transformación de energías mecánica de la fase de la carrera a la fase de vuelo. Si comparamos ambos saltos dados por el atleta 1 (figura 26 y 27), se puede deducir que le da más tensión a la pértiga en el salto 2 porque los puntos están más alineados que en el salto 1. En el primer salto hay un punto que desciende mucho más que los demás. Ese punto significa que la pértiga ha chocado mucho con el cajetín (como el cajetín tiene forma de rampa y luego un muro, a veces al presentar la pértiga tarde la pértiga choca contra el final del cajetín, y la velocidad del atleta disminuye). En ambos saltos del atleta 1 se producen pequeñas ondulaciones en la gráfica esto muestra que a pesar de que el atleta tuviera los dos brazos doblados en la batida, sigue empujando la pértiga e intenta darle tensión, para poder conservar más energía. Tras
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 finalizar el proceso de transformaciones de energías, el deportista obtendrá un aumento de energías por la energía potencial elástica conservada en la fase de batida.
Atleta 2: Presenta la pértiga bien, pero espera a que choque con el final del cajetín para saltar, y esto le provoca que doble el brazo izquierdo y meta el cuerpo, y como ya hemos nombrado en el anterior atleta, esto le perjudicaría perdiendo velocidad y conservando menos energía. Aun teniendo el brazo izquierdo doblado, el atleta consigue estirarlo un poco durante la fase de suspensión y péndulo y consigue no pegarse a la pértiga tanto como la otra atleta, es decir el atleta intenta darle tensión a la pértiga, lo que le proporcionaría un poco más de energía. La representación de la gráfica (figura 28) de la energía cinética horizontal en la fase de vuelo es parecida a la del atleta 1 en el salto 2 (figura 27).
Atleta 3: Entra con gran velocidad en la batida, y mantiene ambos brazos estirados, lo que le proporciona separarse de la pértiga en la fase de suspensión y mantener esa posición varias milésimas. Es decir al mantener más tiempo los brazos estirados, proporciona una gran tensión a la pértiga, y podrá ser capaz de conservar más energía. La representación de la energía cinética horizontal en la fase de vuelo (figura 29) es casi una curva perfecta desde el principio al fin del recorrido, esto muestra como el atleta ha mantenido en tensión la pértiga. Los puntos iníciales a la curva que aparecen fuera de esta curva hacen referencia cuando la pértiga choca muy fuerte con el cajetín.
Figura 32: muestra la fase de batida del atleta 3
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 9.3.
Fase de agrupamiento
La energía cinética vertical en la fase de vuelo está muy presente en la de agrupamiento, y extensión. En todas las gráficas se ve reflejado como pequeñas ondulaciones. La primera vez que desciende es por la batida donde la energía cinética comienza a convertirse en potencial elástica, en ese mismo instante la energía potencial elástica empieza a aumentar. Después del primer descenso se aprecia un aumento de energía, este punto coincide con el máximo de energía potencial elástica. Tras ese punto máximo de energía potencial elástica lo que sucede es que la pértiga está transformando ahora la elástica en cinética, que a su vez se convierte en potencial según sube el atleta. Este aumento de energía coincide con la fase de agrupamiento y la de extensión ya que cuanto más agrupado se encuentre el deportista menos “le pesara” a la pértiga, y podrá elevarle con facilidad, y por lo tanto ganara velocidad vertical, y la energía cinética vertical aumentara. En esta fase la energía potencial elástica empieza a disminuir ya que la curvatura de la pértiga cada vez es menor.
Atleta 1: En la fase de la recogida la atleta la realiza bastante bien, sin embargo debería de intentar aguantar más en esa posición (conocida popularmente como “posición de huevito”) para intentar conseguir más energía cinética vertical en la fase de vuelo. Se puede ver como en la gráfica de los dos saltos (figura 26 y 27) esta energía cinética aumenta, sin embargo se puede observar como en el segundo salto el aumento de energía es más puntuado. Como hemos mencionado antes, y como podemos observar en ambas gráficas (figura 26 y 27) se produce una disminución de energía potencial elástica.
Figura 33: muestra la fase de agrupamiento del atleta 1 en el salto 1, en el cual la atleta realiza peor el salto.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 Atleta 2: También realiza bien esta fase, pero debería de mantener más esa posición para poder aumentar su energía cinética vertical. Se puede observar cómo se produce en la gráfica (figura 28) un aumento de energía cinética vertical en la fase de vuelo, al mismo tiempo que en la energía potencial elástica empieza a disminuir. Porque tras la conservación de la energía potencial elástica en la fase de batida, la pértiga está devolviendo dicha energía, y por eso al final se produce un aumento de energía mecánica en la fase de vuelo a comparación con la energía mecánica en la fase de carrera.
Atleta 3: realiza una rápida fase de agrupamiento en la cual mantiene bastante energía cinética vertical de la fase de vuelo, como se puede ver claramente en la gráfica (figura 29), como ya hemos dicho antes la fase de agrupamiento termina en el momento en que la energía cinética vertical de la fase de vuelo choca con la energía cinética horizontal de la fase de vuelo, a excepción de esta gráfica y la del atleta–salto 1 las demás gráficas, la energía cinética vertical en la fase de vuelo en este punto empiezan a disminuir.
Figura 34: muestra la fase de agrupamiento del atleta 3
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Fase de extensión y fase de posición “i”
Las fases de extensión y de posición “i” coinciden con la representación en la gráfica de la segunda etapa del crecimiento de la energía cinética vertical de la fase de vuelo, es la fase de crecimiento tras el cruce de energías cinéticas en la fase de vuelo. Tras el periodo de extensión, aparece la posición i, en esta posición los atletas alcanzan la máxima energía potencial, es decir la máxima altura, mientras que en este ciclo la energía potencial elástica es inexistente. Además, en esta posición se realiza un trabajo extra con los brazos, que se traduce en un incremente en la energía mecánica total y por tanto en la potencial y en la altura.
Atleta 1: En ambos saltos se extiende en diagonal, por lo que no llega a realizar la posición “i” correctamente, ya que baja rápidamente las piernas hacia el listón. Como podemos observar en la primera gráfica (figura 26) se ven bien las pequeñas ondulaciones de la energía cinética vertical de la fase de vuelo, mientras que la segunda (figura 27) no. Esto se debe a que realiza mejor la fase de extensión en el primer salto que en el segundo. En el segundo salto en verde seguir aumentando la energía en la gráfica (en el momento en el que cruza con la energía cinética horizontal de la fase de vuelo) la energía de la gráfica empieza a descender, esto se debe a que a la hora de realizar la fase de tracción el atleta deje de dar tensión con los brazos a la pértiga (y su energía cinética vertical en la fase de vuelo sufra una disminución de energía), y se realiza mal la posición, en este caso el atleta realiza mal la posición porque baja rápidamente las piernas contra el listón.
Figura 35: muestra como el atleta realiza la fase de extensión.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 Atleta 2: El atleta se extiende en vertical y mantiene las piernas más tiempo en vertical. Sin embargo en la gráfica se produce una disminución de energía, esto le produce perder energía, porque realiza muy rápido la fase de agrupamiento y luego prolonga mucho su posición de extensión sin haber apenas una variación de disposición espacial de su centro de masa, por lo que su velocidad vertical, y al mismo tiempo su energía cinética disminuyen (figura 28).
Atleta 3: Realiza una rápida extensión pero no logra realizar correctamente la posición “i”. Sin embargo, este dato en la tabla es imperceptible ya que la gráfica (figura 29) aumenta mucho de forma continua y prolongada, esto se debe a la buena ejecución de las fases anteriores. Como se puede ver en la gráfica este deportista obtiene unas energías mayores que la de los otros atletas.
Figura 36: muestra la fase de extensión del atleta 3
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Fase de tracción
El último descenso de la energía cinética vertical en la fase de vuelo en la gráfica hace referencia a la fase de tracción. Todos los atletas disminuyen su energía, ya que al girar y separarse de la pértiga modifican su altura y velocidad.
Atleta 1: En el primer salto no consigue realizar bien el giro, por lo que tira el listón con el costado. Sin embargo, en el segundo salto realiza mejor el giro, y se coloca boca abajo, y consigue superar el listón, pero en ambos saltos no consigue realizar la posición “v” correctamente. En ambas graficas (figura 26 y 27) se puede observar el descenso de energía cinética vertical de la fase de vuelo. En ambos saltos la energía mecánica de la fase de vuelo se mantiene, es decir no se produce un aumento desde su punto inicial hasta el final, por lo que el atleta ha conservado poca energía potencial elástica.
Figura 37: muestra como el atleta 1 realiza la fase de tracción.
Atleta 2: En la última fase de tracción mientras que está girando el cuerpo la atleta tira el listón. Completa el giro cuando ya ha tirado el listón, y por eso no se aprecia la posición “v”. Por esa razón en la gráfica (figura 28) se produce un desorden de puntos mientras que su energía cinética vertical de la fase de vuelo va descendiendo. Al mismo tiempo sufre un aumento de energía en la energía mecánica de la fase de vuelo, esto se debe a que ha sido capaz de mantener parte de la energía potencial cinética de la batida, y el mismo atleta habrá empujado la pértiga al querer elevarse más, lo que habrá producido parte del aumento de energía.
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Biomecánica del salto de pértiga 2017 Atleta 3: Realiza bastante bien la fase de tracción y se puede apreciar la posición “v”, en la gráfica (figura 29) se puede observar como la energía va disminuyendo. Al mismo tiempo se puede observar como la energía mecánica de la fase de vuelo obtiene un gran aumento de energía. Este gran aumento se debe gracias a la conservación de energías y a la energía potencial elástica. Este deportista consigue aumentar mucho su energía mecánica esto se debe a que ha sido capaz de mantener mucha energía potencial elástica en la batida gracias a la tensión dada por los brazos a la pértiga, además parte de ese aumento es por inducido por la fuerza de los músculos de los brazos del atleta por querer elevarse más.
Figura 38: muestra la posición “v”.
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10. CONCLUSIÓN El método de análisis de los videos, nos ayuda a determinar los parámetros físicos que se producen en el salto de pértiga. Este proceso nos ayuda a encontrar los fallos técnicos, para luego solucionarlos. Se ha demostrado que este proceso es válido e útil para la corrección de fallos técnicos, realizados del salto, y por tanto para la mejora de la BIOMECÁNICA DEL SALTO DE PÉRTIGA. Analizando los fallos de los tres pertiguistas estudiados, hemos podido observar que el atleta 3 desarrolla energías superiores a los otros dos atletas. Los otros dos atletas tienen energías parecidas, esto se debe a que el atleta 1 y 2 están saltando el mismo listón, que está colocado a una altura de 3,20m, sin embargo, el atleta 3 está saltando un listón colocado a una altura de 4,90m. Por eso la gráfica y los datos obtenidos del atleta 1 y 2 son tan parecidos, mientras que la gráfica y los datos obtenidos del atleta 3 son más grandes. Después de realizar el método de análisis, se han encontrado fallos puntuales en cada uno de los atletas y se han sugerido correcciones a cada uno de ellos.
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11. PROPUESTA DE MEJORA Para continuar este trabajo, se pueden seguir distintas líneas: se pueden analizar con más profundidad a los mismos atletas en busca de nuevos posibles errores o realizar un estudio más exhaustivo de otros atletas, de forma que se podrían encontrar fallos más imperceptibles, y ayudar de forma más efectiva a los atletas. Para mejorar o completar este trabajo, se podría seguir trabajando con las mismas energías utilizadas a esta hora, pero sin utilizar la ley de la conservación de masas, esto conllevaría al uso de la fuerza de rozamiento y trabajar con pérdidas de energía, por ejemplo a la hora de transformar la energía cinética de la carrera en energía potencial elástica (en la fase de batida). También se podría realizar los cálculos de la energía potencial elástica de la pértiga, y al mismo tiempo podríamos determinar una constante para la pértiga, sin embargo esta constante será diferente para cada pértiga, porque cada pértiga tiene distintas características, ya que no hay ninguna regla para construirlas.
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12. BIBLIOGRAFÍA http://www.efdeportes.com/efd168/fundamentos-mecanicos-del-salto-con-pertiga.htm http://www.rendimientodeportivo.com/web/N006/Artic030.htm http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/ke.html http://www.significados.com/energia-cinetica/ http://www.ecured.cu/Salto_con_p%C3%A9rtiga http://www.ecured.cu/P%C3%A9rtiga Libro de primero de bachillerato Anaya + apuntes de clase http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Energia_mecanica_trabajo.html https://www.fisicalab.com/tema/trabajo-energia-potencia#contenidos http://www.aulafacil.com/cursos/l10352/ciencia/fisica/fisica-general-ii/energiapotencial-elastica
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