INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

INGENIERIA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

ZACATENCO

FÍSICA CLÁSICA

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

“LA FÍSICA DEL PATINAJE ARTÍSTICO SOBRE HIELO”

Alumno (a). Martínez Villegas Karen Adilene

Grupo 1CM1

Ing. Martínez Morales Ma. Susana

Fecha de entrega: 03 de Diciembre de 2013

LA FÍSICA DEL PATINAJE ARTÍSTICO SOBRE HIELO

Sabemos que en la vida cotidiana existen diversas aplicaciones reales de la física, pero ¿ésta se aplica sólo en áreas de ciencia y tecnología, o también se puede aplicar en el arte?, en respuesta a dicha pregunta, es claro que la física la encontramos en todos los ámbitos de la vida diaria, académica, profesional y sobre todo es la base fundamental de la composición de la naturaleza, junto con las disciplinas que estudia la química, bien podemos imaginarnos que desde el ser vivo más pequeño, como diversas actividades realizadas por los seres humanos y hasta el comportamiento del sistema solar, rigen su movimiento en base a la física o mecánica clásica.

No es de extrañarse que cuando nos referimos a un solo cuerpo o una partícula en muchas ocasiones dependiendo de cuál sea el cuerpo al que hacemos referencia, no se trata de una sola partícula, sino que está compuesta de más elementos que le permiten realizar su función de manera efectiva, en dado caso hablamos de un sistema de partículas que interactúan entre sí con respectivas características y su comportamiento se rige en base a las leyes de newton, principalmente respecto a la Segunda y Tercera ley, pero es importante mencionar que para el movimiento de un cuerpo rígido se aplican pero tomando en cuenta el movimiento rotacional.

Como ejemplo de la aplicación del movimiento rotacional tenemos los movimientos que se realizan en el patinaje artístico y los elementos que lo conforman, además no sólo aplica éste tema sino muchos otros más ya que la física es indispensable para el patinaje artístico empleando conceptos básicos para este deporte que sin ellos no sería igual el rendimiento de los mejores deportistas. Analizando los juegos olímpicos donde los patinadores muestran sus giros y combinaciones, tenemos la oportunidad perfecta para ver ejemplos de conceptos científicos básicos, como la fricción, el moméntum y la ley de reacción igual y opuesta. (Moskowitz, 2010).

Ahora comencemos respondiendo ¿qué tan necesaria es la Física en el patinaje?, ¿cuáles son los conceptos necesarios para el mismo? Todo cuerpo en rotación es descrito mediante magnitudes físicas: 

Fricción.

La fricción se debe a que las moléculas de ambas superficies de adhieren unas a otras, y cuando las superficies tratan de alejarse se resisten a romper esos vínculos. Cuanto más ásperas e irregulares son las superficies, con más facilidad entran en contacto sus moléculas con las de la otra superficie, y por tanto, mayor es la fuerza de fricción que ejercen.

A un nivel, la diferencia entre bailar en el suelo y patinar sobre hielo es la fricción. La suavidad del hielo ofrece muy poca resistencia contra los objetos, como los patines de hielo, que se deslizan por toda su superficie. En comparación con un piso de madera, la fricción del hielo es muchísimo menor; el bajo nivel general de fricción de una patinadora de hielo le permite deslizarse por la superficie suavemente sin parar la fricción del movimiento tan pronto como haya empezado. Al mismo tiempo, si no existiera fricción alguna sobre hielo, el patinaje sería imposible, porque es la fricción entre el patín y el hielo, lo que permite al patinador impulsarse para iniciar el movimiento para empezar y esta misma es lo que le permite pararse.

Inercia.

Recordemos la primera ley del movimiento de Isaac Newton: un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento a menos que actúe una fuerza en su contra. Este concepto también se conoce como inercia, y es por eso que los patinadores sobre hielo, con tan baja fricción, tienden a permanecer en movimiento a menos que usen la fuerza para detenerse a sí mismos.

Tercera ley de Newton.

Uno de los principios más conocidos de la física explica que, para cada acción existe una reacción igual y opuesta, que fue descubierta por Isaac Newton. Y es esta idea la que permite a los patinadores desplazarse por el hielo. Al impulsarse contra el hielo, o "golpear" con sus patines, están aplicando una fuerza hacia abajo y atrás contra el suelo. Bien, al empujar el suelo hacia atrás, suministra una fuerza hacia delante y arriba que impulsa al patinador a deslizarse o saltar, dependiendo de la fuerza que aplique.Dado que el impulso hacia adelante es resistido sólo por una leve fricción del hielo, el patinador puede deslizarse fácilmente.

Velocidad angular.

La velocidad angular (o velocidad de giro), que puede ser medida en revoluciones (o número de vueltas) por segundo.

Momento de inercia.

El momento de inercia del objeto, toma en cuenta qué tan cerca o lejos están del eje de giro las masas que forman al cuerpo. Por ejemplo, dos masas de un kilogramo cada una, girando a las mismas revoluciones por segundo ambas, pero una más alejada del eje de giro que la otra, se distinguen en que la más alejada tiene más momento de inercia.

Torca.

Otro concepto necesario es la torca, pues la fuerza resulta insuficiente para describir rotaciones. La torca resulta de multiplicar la fuerza por la distancia que hay entre el punto en el que se aplica y el centro de giro.

Momento angular.

Por último, el momento angular, que une el momento de inercia con la velocidad angular para incorporarlos en la descripción del movimiento. Lo interesante es que cuando no hay torca un cuerpo girando en el vacío conserva su momento angular, y como en el hielo y en el aire hay muy poca fricción, ocurre lo mismo. Este efecto es aprovechado por los patinadores para iniciar un giro con los brazos abiertos y las piernas separadas, logrando giros más rápidos o más lentos conforme acercan o alejan partes de su cuerpo del eje de giro.El moméntum angular se aplica a un cuerpo que gira en torno a un objeto fijo. La cantidad de moméntum angular, por ejemplo de un patinador, depende de la velocidad, de la rotación, el peso y la distribución de la masa alrededor del centro. Así, para dos patinadores de una misma masa que giran a la misma velocidad, el que tenga su masa más extendida en el espacio tendrá mayor moméntum angular.

Una ley fundamental de la física sostiene que el moméntum siempre se conserva, lo que significa que, a menos que alguna fuerza externa entre en el sistema, su movimiento total debe permanecer constante.Esta ley de la física explica por qué cuando una patinadora artística aprieta sus brazos al ejecutar un giro, gira más rápidamente. Con los brazos extendidos, su masa se distribuye en un espacio mayor. Cuando ella recoge sus brazos hacia su cuerpo, la distribución se reduce, por lo que su velocidad se acelera para contrarrestar esta diferencia y mantener su moméntum total constante.

Conservación de la cantidad de movimiento angular.

Una patinadora que realiza un giro sobre las puntas de sus patines, gira con una rapidez relativamente baja cuando sus brazos están extendidos; cuando junta sus brazos al tronco gira

mucho más rápido, a partir de la definición de momento de inercia I =∑ mr ², es claro que cuando

junta sus brazos para acercarlos al eje de rotación, r se reduce para los brazos, así que su momento de inercia se reduce, como la cantidad de movimiento angular Iω permanece constante (se ignora la pequeña torca debida a la fricción), si I disminuye entonces la velocidad angular ω debe aumentar, si la patinadora reduce su momento de inercia por un factor de 2, entonces girará con el doble de la velocidad angular (Giancoli, 2006).

Para que la cantidad de movimiento angular se conserve, la torca neta debe ser cero, pero la fuerza neta no necesariamente tiene que ser cero.

I grande I pequeñoω pequeña ω grande

Todos los cuerpos giran alrededor de un punto que se llama centro de masa, por ejemplo, una gimnasta que realiza ejercicios en el piso puede dar varias vueltas en el aire, haciendo que su

cabeza, sus brazos y sus piernas, giren en torno a un punto que se encuentra cerca de su abdomen. El centro de masa no necesariamente está dentro del cuerpo, pues sabemos que los saltadores de altura y de garrocha hacen un arco con su cuerpo, de modo que girando sobre la barra que intentan superar, consiguen pasar sobre ella aunque su centro de masa pase por debajo de la barra.

Así como diversos conceptos de la física se aplican en los movimientos básicos o fundamentales del patinaje artístico, o bien son las leyes principales que le permiten llevarse a cabo, mas aplicaciones se pueden ver en sus diversos tipos de saltos que realizan, que no son nada sencillos y que gracias a la física pueden llevarse a cabo de una manera peculiar y más sencilla de lo que pudiesen ser, ya para ser ejecutados dichos saltos requieren de 5 fases:

Preparación.

Transición. Despegue. Suspensión. Aterrizaje.

La mayoría de los patinadores efectúa los saltos girando hacia la izquierda (la dirección contraria a las agujas del reloj), aterrizando sobre la pierna derecha. La preferencia rotacional está relacionada con la lateralidad o preferencia por una mano o lado del cuerpo, aunque la relación no es perfecta, la correlación entre la preferencia por la mano izquierda y por la rotación hacia el lado derecho es más débil.

Es de esta manera como se comprueba que definitivamente la física le da sentido y origen al patinaje artístico, puesto que sin las leyes que rigen el movimiento de los cuerpos y de los sistemas de partículas son las que permiten a los patinadores ponerse en marcha en el hielo y mucho más influye en sus movimientos artísticos que son los saltos, sin la física, éstos no pudieran ser ejecutados ni tendrían sentido alguno.