MOVIMIENTO PARABOLICO EN EL FUTBOL

El movimiento que describe un balón al momento de ser pateado es un movimiento parabólico quiere decir que se mueve con una trayectoria curva se puede suponer fácilmente que la aceleración que se da debido a la gravedad es constante en todo el recorrido del movimiento y está dirigida hacia abajo y el efecto que hace el aire sobre la pelota es despreciable, este movimiento es una combinación de movimiento rectilíneo. Movimiento uniformemente acelerado y caída libre.

Las componentes iniciales de la velocidad son V0x = Vo cosθ0 ; Voy = V0 senθ0. Se obtienen las ecuaciones cinemáticas del movimiento del balon a partir de las ecuaciones basicas MUA y caida libre: ax = 0 ay = - g Vx = Vo cosθo Vy = - gt + Vo senθo x = Vo cosθo t y = - ½ g t2 + Vo senθo t De las ecuaciones anteriores se podria despejar el tiempo y luego ser remplazado en

Y:   

El futbol es el deporte más popular de todo el mundo con orígenes históricos discutidos y muy antiguos incluyendo culturas como Egipto, China, Grecia, Romanos y muchas de las culturas precolombinas; pero es en Inglaterra en principios del siglo XIX cuando se establece el futbol moderno como lo conocemos ahora separándolo del futbol americano y el rugby, estableciendo y aclarando reglamentos, estándares, culturas y demás parámetros necesarios del deporte, pero esto es más pertinente a la disciplina como tal que a nuestro tema.

En este lugar observaremos diferentes movimientos del futbol fácilmente conocidos por toda persona que alguna vez ha visto el deporte, pero esta vez detallando y analizando inmensidad de fenómenos físicos naturales que fácilmente pasan desapercibidos ante los observadores por diversas razones

ya sea emoción, indiferencia o simplemente al ser un movimiento repetitivo y común. Pero en realidad cualquier movimiento por mínimo que parezca tiene una fuerza que lo ocasiona y otra que reaccionara en contraposición a la misma en igual dirección pero sentido contrario, de esta manera encontramos poco a poco diversos puntos que analizar en torno al movimiento.

PATEADOR DE BALON

El patear el balón es algo que realizamos casi automáticamente ya que con los años lo llevamos practicando y poco a poco nuestro cuerpo se ha acostumbrado a la técnica adecuada, pero en este proceso influyen muchas más circunstancias de las que pensamos, Por eso nuestro problema a resolver va a ser ¿cómo actúa la física en el simple movimiento de patear un balón como influyen las fuerzas, el movimiento parabólico y otros aspectos básicos de la física?

Para empezar a resolver nuestro problema debemos tener algunos conceptos claros como lo pueden ser velocidad, aceleración, desplazamiento, términos que están supremamente involucrados con el movimiento parabólico el cual es el movimiento que mejor puede explicar lo que realiza un balón al momento de ser pateado.

DEFINICION DE CONCEPTOS BASICOS

TRAYECTORIA

Es la línea imaginaria que describe la partícula en su movimiento.

POSICIÓN

Dado un sistema de coordenadas, a cada posición de la partícula le corresponde una coordenada y solamente una. Así cuando la partícula está en la posición A le corresponde la coordenada (x1, y1) y cuando está en la posición B le corresponde la coordenada (x2, y2).

La posición de una partícula se puede representar como un vector cuyo punto inicial ("cola") está en el origen del sistema de coordenadas y cuyo punto final ("cabeza") está en el punto correspondiente a su posición.

DESPLAZAMIENTO

Al cambio de la posición de la partícula se le denomina desplazamiento, Es decir, el desplazamiento es la resta vectorial entre el vector posición final y el vector posición inicial. Es de anotar que como el desplazamiento es la resta de dos vectores, debe ser también un vector.

De la definición de desplazamiento se puede concluir que éste no depende de la trayectoria seguida por la partícula, sino que sólo depende del punto de partida y del punto de llegada.

Tanto el vector posición como el vector desplazamiento tienen como ecuación dimensional. Es decir, esas dos magnitudes se miden en unidades de longitud. Específicamente en el MKS se miden en metros (m).

LONGITUD RECORRIDA

La longitud recorrida es denominada en algunos textos con el término "espacio". Aquí evitaremos esta denominación ya que ese término se usa en la física para representar un concepto más global y abstracto. La longitud recorrida es la medida de la longitud de la trayectoria seguida por la partícula. Es una magnitud escalar y su ecuación dimensional también es L.

VELOCIDAD

La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el m/s.

En virtud de su carácter vectorial, para definir la velocidad deben considerarse la dirección del desplazamiento y el módulo, al cual se le denomina celeridad o rapidez, sus clases son:

Velocidad media

La velocidad media o velocidad promedio informa sobre la velocidad en un intervalo de tiempo dado. Se calcula dividiendo el desplazamiento (Δr) por el tiempo (Δt).Si consideramos la coordenada intrínseca, esto es la longitud recorrida sobre la trayectoria.

Velocidad instantánea

Permite conocer la velocidad de un móvil que se desplaza sobre una trayectoria, cuando el lapso de tiempo es infinitamente pequeño, siendo entonces el espacio recorrido también muy pequeño, representando un punto de la trayectoria.

EL EFECTO DEL BALÓN

Es común en el futbol que cuando se golpea el balón, este durante el vuelo curva su trayectoria. Esto no puede ser… Un objeto sobre el que no se está ejerciendo una fuerza tiene que seguir un movimiento rectilíneo.

Por lo tanto concluimos que ese balón girando está siendo empujado por algo, y lo único que hay a su alrededor es el aire.

Es decir que no es necesario que haya una corriente de aire, sino a que el movimiento de ese balón en el aire provoca una fuerza sobre este que desvía su trayectoria. El elemento común de los tiros con efecto es que la pelota va

girando sobre sí misma. Al girar según se desplaza, el aire pasa con más rapidez por uno de los lados que por el otro.Por el comportamiento de los fluidos sabemos que cuando el aire circula más rápido hay un descenso de la presión, entonces tenemos que la presión a un lado del balón es menor que al otro, así que el balón se moverá lateralmente hacia ese lado.

Si el giro que se le hace a la pelota en vez de ser lateral es hacia arriba o hacia abajo tendremos el común efecto “liftado” del tenis, donde se aprecia que la pelota baja demasiado rápido: está curvando su trayectoria hacia abajo.

Este Efecto Magnus es el que se produce por eso se describirá a continuación.

EFECTO MAGNUS

El efecto Magnus, denominado así en honor al físico y químico alemán Heinrich Gustav Magnus(1802-1870), es el nombre dado al fenómeno físico por el cual la rotación de un objeto afecta a la trayectoria del mismo a través de un fluido, en particular, el aire. Es producto de varios fenómenos, incluido el principio de Bernoulli el cual describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una corriente y el proceso de formación de la capa limite en el fluido situado alrededor de los objetos en movimiento. Este efecto fue descrito por primera vez por el físico alemán Heinrich Gustav Magnus en 1853.

Un objeto en rotación crea un remolino de aire a su alrededor. Sobre un lado del objeto, el movimiento del remolino tendrá el mismo sentido que la corriente de aire a la que el objeto está expuesto. En este lado la velocidad se incrementará. En el otro lado, el movimiento del remolino se produce en el sentido opuesto a la de la corriente de aire y la velocidad se verá disminuida. La presión en el aire se ve reducida desde la presión atmosférica en una cantidad proporcional al cuadrado de la velocidad, con lo que la presión será menor en un lado que en otro, causando una fuerza perpendicular a la dirección de la corriente de aire. Esta fuerza desplaza al objeto de la trayectoria que tendría si no existiese el fluido.

A menudo se hace referencia a este efecto a la hora de explicar movimientos extraños pero comúnmente observados en deportes que hacen uso de bolas y pelotas en rotación. En el fútbol, este efecto es responsable de la llamada "comba", en lugares con una altura considerable sobre el nivel del mar este efecto es notablemente menor, dando por resultado el famoso "la pelota no dobla".

En la imagen, en la que una esfera observada lateralmente se está desplazando hacia la derecha (por lo que la velocidad del aire circundante respecto de la esfera va hacia la izquierda) y gira en el sentido de las agujas del reloj, la velocidad del aire en el punto más bajo de la esfera aumenta por el arrastre de ese giro. Asimismo, en el punto más alto, el giro de la esfera se opone a la corriente de aire y frena esta corriente. De ahí que en el punto más bajo de la esfera aparezca una pérdida de presión respecto del más alto que impulsa a la esfera hacia abajo.

ENERGIA EN EL BALON

La energía que se puede dar en un balón puede depender si el balón está quieto o si llega a ti para realizar el tiro, como se quiere dar a entender que el jugador se encuentra en un partido de futbol es decir le están realizando un pase para lograr una anotación se tomaría como si la pelota llegara a ti en este caso, la pelota de fútbol que llega a gran velocidad posee, si despreciamos su rotación, una cierta cantidad de energía cinética, que depende tanto de la masa como de la velocidad de la pelota. Cuando esa pelota choca contra un obstáculo, o sea, nuestro pie, que avanza hacia ella, la energía cinética que poseía el balón se convierte en energía potencial elástica, sumándose a la energía que le proporciona nuestro pie y provocando una compresión mayor del balón. Al liberar mayor energía en la compresión, el balón es equivalente a un muelle más comprimido, que saltará más lejos cuando lo liberemos que un muelle poco comprimido. Nuestro pie también se comprime. Los tejidos y huesos de nuestro pie que entran en contacto con el balón sufren una compresión también. El grado de compresión depende de las masas relativas y la velocidad del choque.

La energía potencial elástica también ayuda a explicar por qué se suele llegar más lejos al patear dándole un puntazo a la pelota. La puntera del pie, al ser de menor superficie que el empeine, provoca mayor presión, lo cual deforma más el balón, que adquiere algo más de energía elástica que si le damos con todo el pie. Los buenos futbolistas le dan con el empeine para controlar la dirección y el efecto, pero con un puntazo se puede alcanzar mayor distancia.

En conclusión, cuando un balón llega a toda velocidad hacia ti ya trae una energía (cinética). Al patearlo, la pelota se comprime más que si estuviera

quieta, por lo que almacena mayor cantidad de energía potencial elástica, que libera de nuevo al rebotar, alcanzando una mayor distancia.

LA FUERZA EN EL SISTEMA MUSCULAR

La fuerza es una unidad del rendimiento y desarrollo normal de cualquier ser humano; también es una de las capacidades físicas, y representa la capacidad neuromuscular de superar una resistencia externa o interna gracias a la contracción muscular voluntaria máxima en respuesta a la oposición que ofrece un agente externo, el cual puede estar dado por el propio peso del cuerpo o uno de sus segmentos, el peso de otra persona, la densidad del agua, el peso de objetos, el terreno, las condiciones en las que se realiza un movimiento (saltos, frenado, aumento de la velocidad) podemos encontrar algunos tipos de contracciones musculares que como ya vimos es una de las principales fuentes de fuerza estos tipos de contracciones son:

Tipos de contracciones

Una contracción concéntrica ocurre cuando un músculo desarrolla una tensión suficiente para superar una resistencia, de forma tal que este se acorta y moviliza una parte del cuerpo venciendo dicha resistencia. Un claro ejemplo es cuando llevamos un vaso de agua a la boca para beber, existe acortamiento muscular concéntrico ya que los puntos de inserción de los músculos se juntan, se acortan o se contraen.

Una contracción excéntrica se da cuando una resistencia dada es mayor que la tensión ejercida por un músculo determinado, de forma que éste se alarga. Se dice que dicho músculo ejerce una contracción excéntrica, cuando el músculo desarrolla tensión alargándose, es decir extendiendo su longitud.

En una contracción isométrica el músculo permanece estático sin acortarse ni alargarse, pero aunque permanece estático genera tensión.

Asociación de ejercicios: Flexiones, abdominales y otros ejercicios en los que se trabajen mucho los músculos

Es claro que cualquier acción o movimiento implica ejercer un nivel de fuerza muscular sobre una determinada zona del cuerpo, por lo tanto, se podría plantear al menos desde la perspectiva mecánica, que la fuerza es la única capacidad motora, y que la velocidad y la resistencia son derivaciones que se complementan” (Goldspink, 1992), Bosco plantea que es sumamente complejo diferenciar la fuerza y la velocidad producida por un músculo, debido a que son generadas por el mismo mecanismo de control y guía, y que además la mecánica muscular y la magnitud de la carga externa determinan el grado de velocidad y fuerza muscular que se requiere en un esfuerzo.

Propiedades de la fuerza

1. Una fuerza es un empujón o tirón que experimentamos siempre que contraemos un musculo. Siempre es aplicada de un objeto a otro.

2. Una fuerza se caracteriza por su magnitud y la dirección en que actúan, se entiende como dirección de la fuerza como la dirección en la que esta podría mover el objeto al que está siendo aplicada la fuerza.

3. Las fuerzas actúan siempre a pares. Cuando un objeto aplica una fuerza a otro, el segundo objeto aplica simultáneamente al primero una fuerza de igual modulo y en dirección opuesta.

4. Si dos o más fuerzas actúan al mismo tiempo sobre el mismo objeto, su efecto es el mismo que el de una fuerza única igual a la suma vectorial de las fuerzas individuales.

5. Para que un objeto permanezca en reposo o sea este en equilibrio es necesario que la suma vectorial de todas las fuerzas que se aplican sobre el objeto sean cero.

FUERZAS SOBRE EL PATEADOR CUANDO ESTA EN REPOSO

El pateador parte desde un estado de reposo, de pie, desde allí ya vemos diferentes fuerzas que influyen sobre él:

En la figura observamos al pateador en estado inicial o de reposo con los pies a una apertura igual a los hombros(30 cm) la cual facilita su equilibrio centrando su eje gravitatorio (O') en el cual se ejercen las fuerzas de gravedad(Fg) y la normal generada desde el suelo a través de sus pies(FR y FL).

Estas fuerzas vienen aplicadas y regidas según la ley de gravitación universal y la tercera ley de movimiento planteadas por el mismo físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático ingles Sir Isaac.

LEYES DE FÍSICA

Ley de Gravitacion Universal (1687- Philosophiae Naturalis Principia Mathematica-Isaac Newton):

Todo objeto en el universo que posea masa ejerce una atracción gravitatoria sobre cualquier otro objeto con masa, aún si están separados por una gran distancia. Según explica esta ley, mientras más masa posea los objetos, mayor será la fuerza de atracción, y además, mientras más cerca se encuentren entre sí, mayor será esa fuerza también, según una ley de la inversa del cuadrado.

Considerando dos cuerpos cuya extensión (tamaño) sea pequeña comparada con la distancia que los separa, podemos resumir lo anterior en una ecuación o ley diciendo que la fuerza que ejerce un objeto con masa m1 sobre otro con masa m2 es directamente proporcional al producto de ambas masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa, es decir:

Donde,

m1 y m2 son las masas de los dos cuerpos d es la distancia que separa sus centros de gravedad y G es la constante de gravitación universal.

En la fórmula se puede notar la inclusión de G, la constante de gravitación universal. Newton no conocía el valor de esta constante, sólo indicó que se trata de una constante universal, que es un número bastante pequeño, y cuál es su unidad media. Sólo mucho tiempo después se desarrollaron las técnicas necesarias para calcular su valor, y aún hoy es una de las constantes universales conocidas con menor precisión

Tercera ley de movimiento de newton: Ley acción y reacción (1687- Philosophiae Naturalis Principia Mathematica-Isaac Newton):

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas.

(Fragmento de Principios matemáticos de la filosofía natural, cit., pág. 199.)

Que ampliaremos un poco más adelante.

Para detallar un poco más las fuerzas que se ven implicadas en los pies y desde todos sus ángulos podemos ilustrarnos a partir de una imagen interna del pie con sus huesos en estado de reposo un poco antes de comenzar su carrera con destino hacia el balón.

Al avanzar el pie se flexiona un poco hacia adelante generando una fuerza de tracción con el suelo dependiente de la fricción del terreno generalmente césped natural (con raras exepciones de canchas con cesped artificial para facilitar el juego en climas invernales) de la inclinación a la que se vean afectadas las palancas de los huesos, articulaciones; contracción y capacidad muscular y ligamentaria.

INTRODUCCIÓN

El movimiento parabólico es de caída libre en un marco de referencia móvil. Sin tener en cuenta la resistencia del aire, la componente horizontal de la velocidad de un proyectil permanece constante, mientras su componente vertical independientemente está sujeta a una aceleración constante hacia abajo.

Utilizando el movimiento parabólico realizado en el laboratorio como ejemplo hemos aprendido como armar modelo para resolver problemas de cinemática.

Con el siguiente informe describimos la experiencia adquirida en el laboratorio al poner en práctica lo estudiado teóricamente y mostramos de una forma clara y resumida los métodos utilizados en nuestro experimento.

También dimos de una forma explícita el desarrollo de los conceptos como son velocidad, distancia y gravedad que influenciaron en nuestro trabajo.

Dicho informe es una representación sencilla de ciertos fenómenos analizados por Galileo.

OBJETIVOS

Estudiar los conceptos básicos del movimiento parabólico descrito en la experiencia realizada en el laboratorio.

Describir las características del movimiento parabólico descrito por una bolita.

Desarrollar los conceptos de velocidad, distancia y gravedad descritos por el movimiento y la distancia de una bolita al ser lanzada hacia distancias cada vez mayores.

Analizar por medio de los datos el movimiento y determinar su comportamiento.

Movimiento parabólico

Se denomina movimiento parabólico al realizado por un objeto cuya trayectoria describe una parábola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme. También es posible demostrar que puede ser analizado como la composición de dos movimientos rectilíneos, un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado vertical.

Tipos de movimiento parabólicoEl movimiento de media parábola o semiparabólico (lanzamiento horizontal)

Se puede considerar como la composición de un avance horizontal rectilíneo uniforme y la caída libre.

El movimiento parabólico completo

Se puede considerar como la composición de un avance horizontal rectilíneo uniforme y un lanzamiento vertical hacia arriba, que es un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado hacia abajo (MRUA) por la acción de la gravedad.

En condiciones ideales de resistencia al avance nulo y campo gravitatorio uniforme, lo anterior implica que:

Un cuerpo que se deja caer libremente y otro que es lanzado horizontalmente desde la misma altura tardan lo mismo en llegar al suelo.

La independencia de la masa en la caída libre y el lanzamiento vertical es igual de válida en los movimientos parabólicos.

Un cuerpo lanzado verticalmente hacia arriba y otro parabólicamente completo que alcance la misma altura tarda lo mismo en caer.

BIBLIOGRAFIA

https://futbol-y-fisica.wikispaces.com/movimiento+parabolico