Este documento resume los principales conceptos de biomecánica aplicados a la natación. Explica la flotación estática y dinámica, la fuerza de sustentación según el teorema de Bernoulli, y las fuerzas de resistencia debidas a la forma del cuerpo y al oleaje generado. Describe cómo estos factores afectan la técnica de nado y cómo se equilibran para lograr la máxima eficiencia propulsiva.

1. BIOMECÁNICA APLICADA A LA NATACIÓN
1. La flotación
Tenemos que distinguir dos tipos de flotación para su correcto estudio, la
flotación estática en la que el cuerpo no semueve respecto al agua y la flotación
dinámica en la que el agua o el cuerpo se mueven uno respecto al otro.
1.1 Flotación estática
Si un cuerpo flota o no en el agua dependerá de si la densidad media es
superior, igual o inferior al del agua dondese encuentra.
La flotación en reposo viene dada por el Principio de Arquímedes, según e
cual, “todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y
ascendente igual al peso del fluido desalojado.”
Dicho empuje se denomina empuje hidrostático (Eh).
Por lo que si el peso del agua desalojada es superior al peso del cuerpo
introducido en ella, dicho cuerpo flotara.
Por el contrario si el peso del agua desalojada es inferior al peso del cuerpo
introducido en ella, dicho cuerpo no flotara.
Ec.1: Eh = magua g = vagua agua g
Ec.2: P = mcuerpo g = vcuerpo ?cuerpo g
vagua = vcuerpo
g = g
?fluido cuerpo
La densidad del agua pura (solamente agua, ya que los minerales aumentan su
densidad) varía ligeramente con la temperatura, pero puede considerarse
próxima a los 1000 Kg./m3.
Por lo que como hemos visto antes si un cuerpo tiene mayor densidad que el
agua se hundirá irremediablemente ya que la fuerza hidrostática será inferior a
la fuerza de su peso (masa por gravedad).
Si por el contrario la fuerza hidrostática, que recuerda es igual al peso del agua
desalojada por el cuerpo, es superior a la fuerza que la gravedad ejerce sobreel

2. cuerpo, dicho cuerpo flotara.
El cuerpo humano tiene densidades diferentes en función de los materiales con
los que esta hecho. Por ejemplo los huesos, el tejido óseo, tiene una densidad
muy alta de 1800 Kg./M3. Los tejidos como el muscular, el tendinoso y el
ligamentoso poseen densidades ligeramente superiores a las del agua, unos
1020-1050 Kg./m3, y, el único tejido menos denso que el agua, es el tejido
adiposo, con una densidad de unos 950 Kg./m3.
Visto esto uno se puede preguntar porque flotamos, básicamente porlos varios
litros de aire que guardamos en nuestros pulmones, esto aumentan el volumen
a cambio de muy poco pesolo que hace que la densidad media del cuerpo quede
pordebajo de la del agua, poreso si vaciamos totalmente nuestros pulmones de
aire normalmente no flotamos. Puede que un niño obeso o un adulto muy obeso
flote aun si aire en los pulmones.
Podemos poner el ejemplo de una flotador, este solo flota cuando está lleno de
aire.
2. La fuerza de sustentación en la natación
2.1 Teniendo en cuenta el teorema Bernoulli
Cuando la mano se encuentra en el agua y se enfrenta a la corriente esta se
desplaza tanto porarriba como pordebajo de la mano, si el ángulo de ataque es
correcto, la corriente de agua que pasa por encima de la mano se desplazara a
mayor velocidad que la corriente de agua que pasa por debajo de la mano.
Esta diferencia de velocidad provoca una diferencia de presiones que a su vez
provocauna fuerza perpendicular y hacia arriba. A esta fuerza sele llama fuerza
de sustentación, sustentación hidrodinámica, o fuerza ascensional.
Esta fuerza se puedeexplicar desdeotras leyes de la dinámica defluidos o desde
las propias de Newton, los físicos aun no se han puesto de acuerdo y existen
varias teorías, la más usada y la más utilizada por los textos deportivos y
propuesta por Counsilam en los años 70 es la teoría de Bernoulli
“en el seno de un fluido incompresible y sin rozamiento, la suma de la presión
hidrostática, la debida a la altura y la debidaa la velocidad es constanteen todos

3. los puntos de la corriente fluida” (la teoría de Bernoulli extraído apuntes Raúl
Arrellano Colombina 1996).
De esta ley de la dinámica de fluidos extraemos la conclusión de que la
velocidad es inversamente proporcionala la presión. Es decir cuanto más rápido
circule el agua por el dorso dela mano, menos presión ejercerá esta. Porlo que
la fuerza de sustentación estará en función de la diferencia entre la presión de
la zona de la palma y la presión del dorso. Para conseguir la mayor diferencia
posible y por consecuencias la más alta fuerza de sustentación tenemos que
aumentar las diferencias de velocidad entre los dos lados de la mano, esta
diferencia de velocidad esta en función de la velocidad de la corriente y del
ángulo de ataque.
A un misma velocidad de la corriente pueden corresponderinfinitas magnitudes
de la fuerza de sustentación en función del ángulo de ataque, ángulo conla que
la mano barre el agua, este ángulo solo puede estar entre 0º y 90º, siendo el
ángulo de 45º, para una corriente perfecta, el que mayor magnitud puede
conseguir de la fuerza de sustentación o ascensional.
La fuerza desustentación segenera en dirección perpendicular a la dirección de
la corriente que pasa por la mano.
2.2Factores que afectan a la fuerza de sustentación.
Detalla las variables que nos conciernes, descartando las que como la densidad
del medio, en nuestro caso es siempre constante, no tienen relevancia en este
escrito.
“La fórmula correspondiente sería: L=CL*q*S donde CL es el coeficiente de
sustentación, dependiente del tipo de perfil y del ángulo de ataque; q la presión
aerodinámica (1/2dv² siendo d la densidad y v la velocidad del viento relativo)
y S la superficie alar.
2.3 Aplicación en la técnica de la natación
A principios de los años 70 Counsilman mediante la grabación pudo observar
que los nadadores buscabanplanos inclinados en sus trayectorias, conel tiempo
y más investigaciones se ha descubierto que la mayor eficacia propulsiva se

4. consigue mediante el correcto equilibrio en la utilización de la fuerza de
sustentación y la fuerza debida a la resistencia de forma).
2.4El Teorema de Bernoulli
Ecuación más usada: v2/2 + p/d + gz = Constante presión estática + presión
dinámica = la presión total = constante presión estática + 1/2 x densidad x
velocidad x velocidad = la presión total = constante
2.5 Teniendo en cuenta las teorías de la relatividad y teorías de Newton
Aunque en todos los textos que he tenido la oportunidad de leer se da como fijo
que la teoría de Bernoulli, es la explicación de la fuerza de sustentación, en el
mundo de los físicos es unavieja discusiónque aun no se ha dado porterminada.
Las complejas explicaciones de esta discusión están muy lejos del propósito de
estos escritos, pero tienes la red siquieres seguir ampliando tus conocimientos.
3. Fuerzas de resistencia
Clásicamente se han contabilizado como tres las fuerzas que contrarias a la
dirección de nado oponen resistencia al movimiento. Ya definidas por
Culsiman, Maglischo…
3.1 Clasificación clásica
Resistencias debidas a la forma.
Resistencias debidas al oleaje.

5. (maglischo llama a la resistencia provocada por el oleaje “resistencia debida a
la ondulación del agua” 1986)
Aunque últimamente (Didier Chollet (2003), Takagi, H.; Wilson, B. (1999).)
las engloban en solo dos yasumen que tanto la fuerza desucciónposteriorcomo
la fuerza de resistencia debidas al oleaje dependen en ultima manera de la
resistencia de forma. Por lo que deben ser incluidas dentro del mismo conjunto.
Por supuesto también están directamente relacionadas con la velocidad de la
corriente respecto al cuerpo, en nuestro caso a la velocidad de desplazamiento
tanto del conjunto del cuerpo, como de alguna de las partes. (para los más
purista también están en relación a la densidad del medio, pero en nuestro caso
siempre es prácticamente la misma)
3.2 Clasificación moderna
Resistencias debidas a la forma.
Resistencias de forma provocadas por el oleaje
frontal.
Podríamos complicarnos más la vida sitenemos en cuenta también la resistencia
que provocael aire (aire atmosférico) en las distintas partes del cuerpo durante
el reciclaje o también podríamos ampliar las resistencias debidas al rozamiento
dividiéndolas en resistencia estática o dinámica en función del movimiento o
inicio del movimiento en cada extremidad.
Me cabe resaltar que ni el mas potente de los ordenadores actuales es capaz de
calcular con precisión las resistencias que provocala forma y los movimientos
de un nadadormientras se desplaza porel medio acuático, ya que los torbellinos
(flujos turbulentos) que provocantanto la resistencia frontal, como la posterior
o la de oleaje se rigen porlas matemáticas de caos y para conocerconexactitud
el resultado final habría que calcular con independencia el movimiento de cada
molécula y no solo eso, si no conocercon total exactitud todas las variables en
juego.

6. 3.3Fuerza de resistencia debida a la forma
El cuerpo humano cuando se encuentra perpendicular a la lámina de agua,
ofrece una superficie en contra del movimiento igual a la zona mas ancha del
cuerpo, es decir los hombros, el pecho o la cadera en el caso deun ser humano.
En la practica siempre se ofrece mas superficie que el corte trasversal máximo
ya que el nadador cuando se desplaza siempre tiene un pequeño ángulo de de
inclinación respecto ala superficie del agua. Como puedes ver en el dibujo, solo
con un pequeño ángulo de inclinación se aumenta exponencialmente la
superficie que se ofrece en contra de la corriente.
Esta superficie es fácil decalcular utilizando la trigonometría, siendo la longitud
del nadador (la altura) la hipotenusa de un triangulo rectángulo y usando la
conocidaformula de Pitágoras “el cuadrado de la hipotenusa es igual a la suma
de los cuadrados de los catetos” podemos hallar la superficie que se ofrece a la
corriente que será igual a uno de los catetos.
La corriente de agua que choca contra la superficie frontal de cuerpo genera
zonas de alta presión y también flujos turbulentos, la forma en queesta corriente
provocaunafuerza contraria al movimiento delnadadorsepuedeexplicar desde
dos vías:
Una por las diferencias de presión que se generan entre la zona frontal del
cuerpo y la zona posterior, como hemos dicho en la zona frontal (o zona de
contacto) se generan altas presiones y en la zona posterior se generan bajas
presiones, por lo que se crea un vector de fuerza desde la zona de alta presión
(cabeza-hombros-cadera) a la zona de baja presión (pies) siendo esta fuerza
contraria a la dirección de nado.
También podemos explicar el fenómeno a través de la Tercera Ley de Newton
o Ley de acción y reacción, que viene a decir: Por cada fuerza que actúa sobre
un cuerpo, éste realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobreel cuerpo
que la produjo. (.wikipedia.org 2004). La corriente de agua ejerce una fuerza
sobreel cuerpo y este reacciona “frenándose” en una parte y en otra parte de la
fuerza el agua sale despedidaendirección contraria formando flujos turbulentos
y oleaje.

7. Resumiendo la resistencia de forma frontal de un nadador esta directamente
relacionado con el ángulo de nado respecto a la superficie del agua, cuanto mas
“plano” menos resistencia frontal y cuanto más “caído o hundido” mas
resistencia frontal
4. Fuerza resistencia debida al oleaje.
El agua tiene la particularidad de formar ondulaciones debido a la tensión
superficial, es causadaen nuestro caso porel nadadorcuando se desplaza en la
superficie o lo suficientemente cerca de ella. El nadador en su desplazamiento
y en su nado genera diferencias de presión que estas a su vez generan oleaje.
El nadador cuando se desplaza por su medio natural, el agua, produceoleaje de
dos formas diferentes:
Primera: es el que crea porejemplo conla cabeza cuando esta se desplaza hacia
delante porla superficie o cerca de ella. La cabeza empuja el agua en dirección
del nado, esta masa de agua chocaa su vez conel agua que se encuentra delante
de ella y se encuentra quieta respecto al cuerpo en movimiento y forma una
ondulación del medio con ruptura o sin ruptura de la superficie laminar. El
nadadora su vez se desplaza siempre a mayor velocidad que la ola que produce
teniendo que encontrase nuevamente con la ola “esto es en si la resistencia por
oleaje”, por lo que esta fuerza tiene dos variantes, la primera que se produce
siempre que un cuerpo se desplaza por la superficie o cerca de ella (por la
segunda ley de newton) y la segunda que es cuando el nadadorse encuentra con
la ola que acaba de formar y esa masa de agua empuja al cuerpo en dirección
contraria al nado.
Segunda: Tenemos otro tipo de oleaje que se produce cuando con algún
segmento del cuerpo rompe la superficie del agua, esta liberación de la tensión
laminar, produce olas en todas las direcciones que poco mas adelante se la
encontrar el resto del cuerpo. Puedes ver en las imágenes que acompañan a este
texto las olas que produce la entrada de los brazos en mariposa.
La resistencia debida al oleaje, perteneciente a la fuerza de resistencia debida a
la forma, está en función del coeficiente de penetración hidrodinámica (postura
y forma del nadador) y de la velocidad del cuerpo que se desplaza por la

8. superficie o cerca de ella.
En algunos textos se intenta calcular este valor prediciendo el coeficiente de
penetración del cuerpo delnadador, pero olvidan demasiadas variables para que
ni siquiera tenga algo de valor el intento de cálculo, primero olvidan que la
velocidad del cuerpo del nadadornunca es constante y siempre se encuentra en
aceleración o en desaceleración teniendo varios pico de fuerza en poco
segundos, olvidan también que el cuerpo del nadador se encuentra en
movimiento constante, y esto provocaque la constante varié y no solo eso sino
que los movimientos provocan a su vez mas oleaje no calculado. Por estas
razones no expongo ni cálculos ni formulas. Podríamos añadir que el oleaje
cambia en función de la piscina, (tipo de corcheras, sumideros, profundidad,
temperatura…), porno nombre que el oleaje no es el mismo si uno se encuentra
cerca o lejos de una pared.
Tenemos dos formas de rebajar su magnitud, primera mejorando la posturay la
segunda evitando las bruscas rupturas del medio, introduciendo los brazos por
ejemplo progresivamente, mano, antebrazos, codo... Al hacer este tipo
progresivo de entrada, en el que por el mismo agujero que entra la mano entra
el resto del brazo, reducimos la superficie de ruptura de la zona laminar del
agua, reduciendo consecuentemente la fuerza de resistencia, al reducir el
tamaña y el numero de ondas.
Podemos ampliar un poco el texto comentando que algunos autores (Northrip,
Logan y McKinney,1974) citados por Maglischo, afirman que la fuerza de
resistencia aumenta en factor ocho si la velocidad del nadador se dobla, pero
Didier Chollet (1997) cita el mismo libro de Maglischo afirmando que este
último relaciona la velocidad con la resistencia al cubo en caso de doblar la
velocidad. Que por supuesto no es lo mismo que un factor 8x a 2V. que x!3 a
2V.
El Dr. Salvador Llana Belloch comentando la resistencia de oleaje en los
deslizamientos dice: “Durante el nado subacuático tras las salidas y los virajes,
no aparece este tipo de resistencia. Los estudios de Little & Blanksby (2000)
indican que la profundidad óptima debeoscilar entre 0´35-0´45 metros. Porotro
lado, los estudios del propio Blanksby (2000), y de Shimizu y cols. (1997),
demuestran que la resistencia al avance durante el nado subacuático disminuye,

9. solamente, a velocidades superiores a 1´9 m/s. “
Este tipo de resistencia puede ser disminuida gracias a la tecnología, mediante
corcheras que absorbenla energía cinética de la ola, mediante sumideros que se
comen las olas. Según (Halt y otros), las resistencias provocadas por el oleaje
cuando un cuerpo se desplaza a gran velocidad por la superficie son mas
importantes que las propias generadas por la forma del barco (resistencia de
forma), tanto es así que en barcos que tienen que desplazarse mas rápido que su
“hull speed”les ponenun apostio “bulbo”delante del barco paradisminuir tanto
la velocidad como el tamaño de la ola, aun a sabiendas que aumentaran la
superficie frontal de contacto con el medio. al avance.
5. Fuerza resistencia debida al oleaje.
El agua tiene la particularidad de formar ondulaciones debido a la tensión
superficial , es causada en nuestro caso porel nadador cuando se desplaza en la
superficie o lo suficientemente cerca de ella. El nadador en su desplazamiento
y en su nado genera diferencias de presión que estas a su vez generan oleaje.
El nadador cuando se desplaza por su medio natural, el agua, produceoleaje de
dos formas diferentes:
Primera: es el que crea porejemplo conla cabeza cuando esta se desplaza hacia
delante porla superficie o cerca de ella. La cabeza empuja el agua en dirección
del nado, esta masa de agua chocaa su vez conel agua que se encuentra delante
de ella y se encuentra quieta respecto al cuerpo en movimiento y forma una
ondulación del medio con ruptura o sin ruptura de la superficie laminar. El
nadadora su vez se desplaza siempre a mayor velocidad que la ola que produce
teniendo que encontrase nuevamente con la ola “esto es en si la resistencia por
oleaje”, por lo que esta fuerza tiene dos variantes, la primera que se produce
siempre que un cuerpo se desplaza por la superficie o cerca de ella (por la
segunda ley de newton) y la segunda que es cuando el nadadorse encuentra con
la ola que acaba de formar y esa masa de agua empuja al cuerpo en dirección
contraria al nado.
Segunda: Tenemos otro tipo de oleaje que se produce cuando con algún
segmento del cuerpo rompe la superficie del agua, esta liberación de la tensión

10. laminar, produce olas en todas las direcciones que poco mas adelante se la
encontrar el resto del cuerpo. Puedes ver en las imágenes que acompañan a este
texto las olas que produce la entrada de los brazos en mariposa.
La resistencia debida al oleaje, perteneciente a la fuerza de resistencia debida a
la forma, está en función del coeficiente de penetración hidrodinámica (postura
y forma del nadador) y de la velocidad del cuerpo que se desplaza por la
superficie o cerca de ella.
En algunos textos se intenta calcular este valor prediciendo el coeficiente de
penetración del cuerpo delnadador, pero olvidan demasiadas variables para que
ni siquiera tenga algo de valor el intento de cálculo, primero olvidan que la
velocidad del cuerpo del nadadornunca es constante y siempre se encuentra en
aceleración o en desaceleración teniendo varios pico de fuerza en poco
segundos, olvidan también que el cuerpo del nadador se encuentra en
movimiento constante, y esto provocaque la constante varié y no solo eso si no
que los movimientos provocan a su vez mas oleaje no calculado. Por estas
razones no expongo ni cálculos ni formulas. Podríamos añadir que el oleaje
cambia en función de la piscina, (tipo de corcheras, sumideros, profundidad,
temperatura…), porno nombre que el oleaje no es el mismo si uno se encuentra
cerca o lejos de una pared.
Tenemos dos formas de rebajar su magnitud, primera mejorando la posturay la
segunda evitando las bruscas rupturas del medio, introduciendo los brazos por
ejemplo progresivamente, mano, antebrazos, codo... Al hacer este tipo
progresivo de entrada, en el que por el mismo agujero que entra la mano entra
el resto del brazo, reducimos la superficie de ruptura de la zona laminar del
agua, reduciendo consecuentemente la fuerza de resistencia, al reducir el
tamaña y el numero de ondas.
Podemos ampliar un poco el texto comentando que algunos autores (Northrip,
Logan y McKinney,1974) citados por Maglischo, afirman que la fuerza de
resistencia aumenta en factor ocho si la velocidad del nadador se dobla, pero
Didier Chollet (1997) cita el mismo libro de Maglischo afirmando que este
último relaciona la velocidad con la resistencia al cubo en caso de doblar la
velocidad. Que por supuesto no es lo mismo que un factor 8x a 2V. que x!3 a
2V.

11. El Dr. Salvador Llana Belloch comentando la resistencia de oleaje en los
deslizamientos dice: “Durante el nado subacuático tras las salidas y los virajes,
no aparece este tipo de resistencia. Los estudios de Little & Blanksby (2000)
indican que la profundidad óptima debeoscilar entre 0´35-0´45 metros. Porotro
lado, los estudios del propio Blanksby (2000), y de Shimizu y cols. (1997),
demuestran que la resistencia al avance durante el nado subacuático disminuye,
solamente, a velocidades superiores a 1´9 m/s. “
Este tipo de resistencia puede ser disminuida gracias a la tecnología, mediante
corcheras que absorbenla energía cinética de la ola, mediante sumideros que se
comen las olas. Según (Halt y otros), las resistencias provocadas por el oleaje
cuando un cuerpo se desplaza a gran velocidad por la superficie son mas
importantes que las propias generadas por la forma del barco (resistencia de
forma), tanto es así que en barcos que tienen que desplazarse mas rápido que su
“hull speed”les ponenun apostio “bulbo”delante del barco paradisminuir tanto
la velocidad como el tamaño de la ola, aun a sabiendas que aumentaran la
superficie frontal de contacto con el medio.
6. Tensión superficial
La película superficial del agua tiene un comportamiento diferente al resto del
líquido debido, como puedes ver en las animaciones, a que las moléculas
superficiales solo reciben presión hidrostática desde abajo ya que es frontera
entre el agua y el aire, en cambio las moléculas profundas reciben presión desde
todos los lados. Esta zona es mas “dura” y es fácil de sentir si damos un golpe
al agua o debido a una mala caída un espaldarazo.
Esta superficie laminar es la responsable de las ondulaciones del medio, de las
olas.
7. Tensión superficial
La película superficial del agua tiene un comportamiento diferente al resto del
líquido debido, como puedes ver en las animaciones, a que las moléculas
superficiales solo reciben presión hidrostática desde abajo ya que es frontera
entre el agua y el aire, en cambio las moléculas profundas reciben presión desde
todos los lados. Esta zona es más “dura” y es fácil de sentir si damos un golpe
al agua o debido a una mala caída un espaldarazo.

12. Esta superficie laminar es la responsable de las ondulaciones del medio, de las
olas.
8. El agua
Originalmente todo el universo estaba concentrado en un pequeño punto de
una temperatura y densidad inimaginables. Conel famoso Big Bang el
universo empezó a expandirse y a enfriarse y a crear nuevas moléculas,
planetas y galaxias. Entre la nuevas moléculas se creo el agua, esta se creo
cuando bajo unas especiales circunstancias de presión y temperatura se
unieron dos moléculas de hidrogeno y una de oxigeno.
En una sola gota de agua hay trillones de moléculas de agua. En la tierra el
agua se puede encontrar en tres estados, el líquido, el gaseoso o en forma
sólida, que pueden ser en hielo o nieve.
La densidad del agua pura a 0ºC es de 999.8 kg/m3
La densidad del agua salda es de 1.0267 Kg/m3
Tensión superficial del agua.
Agua, como alimentación.
Tiene unas cualidades importantes:
Elevada fuerza de cohesión.
Elevada fuerza de adhesión
Gran calor específico
Elevado calor de vaporización
El agua es el disolvente universal.
El agua es necesaria para la vida.