Fundamentos biomecánicos del lanzamiento de disco (parte II): consideraciones aerodinámicas del vuelo del disco


	Fundamentos biomecánicos del lanzamiento de disco (parte II): consideraciones aerodinámicas del vuelo del disco Biomechanical principles of the discus throw (part II): aerodynamic aspect of the discus flight
	Doctor en CC. de la Actividad Física y el Deporte Entrenador de club de atletismo. Nivel II Doctor en CC. de la Actividad Física y el Deporte. Universidad de Murcia Entrenador nacional de atletismo. Nivel III **Doctor en CC. de la Actividad Física y el Deporte Universidad Miguel Hernández de Elche (España)	Javier Bermejo Frutos* javier_bermejo_frutos@hotmail.com José Manuel Palao Andrés palaojm@gmail.com José Luis López Elvira* jose.lopeze@umh.es
	Resumen El presente trabajo describe la ejecución de la prueba atlética de lanzamiento de disco, desde un punto de vista cualitativo, explicando las leyes biomecánicas que afectan sobre el movimiento el disco en la fase de vuelo. El documento busca incrementar la información sobre la prueba y la comprensión del porqué de los diferentes aspectos que afecta sobre el vuelo del disco. Esta información puede ayudar a los entrenadores al análisis y el diagnostico posterior de sus lanzamientos. Palabras clave: Lanzamiento de disco. Atletismo. Biomecánica. Técnica. Abstract: The purpose of this paper is to describe the way the discus throw is executed, from a qualitative perspective, with an explanation of the biomechanical principals that affect the flight phase. This article tries to increase the information about this discipline and the understanding the discus flight. This information can help coaches evaluate and diagnoses their athletes’ throw. Keywords: Discus throw. Track and field. Biomechanics. Technique.
	EFDeportes.com, Revista Digital. Buenos Aires, Año 17, Nº 167, Abril de 2012. http://www.efdeportes.com/

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Fundamentos biomecánicos del lanzamiento de disco. Parte I: técnica de lanzamiento

Introducción

    La técnica deportiva es el factor de rendimiento más importante (Arbeit, Bartonietz, y Hillebrand, 1987) y representa la mejor alternativa ante un determinado problema motor (Endemann, 2008), determinan la efectividad con que se expresan en competición las capacidades físicas y las características antropométricas (Dapena, McDonald, y Cappaert, 1990). Sin embargo, las disciplinas atléticas que requieren el lanzamiento de un artefacto se encuentran también determinadas por las leyes físicas que rigen el vuelo (Martínez, 1992). En función de la modalidad atlética (peso, disco, jabalina, o martillo), las leyes a tener en cuenta serán diferentes, así como su importancia sobre la distancia de lanzamiento.

    El vuelo del disco (aerodinámica) se encuentra determinado por: las características del disco, la fuerza de sustentación de aire, el efecto Magnus, la estabilidad del disco, las condiciones de viento, y los parámetros cinemáticos de la suelta (Martínez, 1992; Neighbour, 1999). Aunque no existe una técnica universal de lanzamiento (Susanka, Dumbrovky, Barak, Stepanek, y Nosek, 1988; Knicker, 1990; Lindsay, 1991; Hay y Yu, 1995a), las leyes físicas son las mismas para todos los lanzadores (Tong, Xie, Teh, y Yu, 2001; Webb, 1985). Por ello, se deben conocer los principios mecánicos que actúan sobre el disco cuando se encuentra durante el vuelo.

Características del disco

    Se trata de un objeto construido en madera, con reborde metálico, y parte central lastrada de latón (Kreighbaum y Brathels, 1996). Su forma, medidas, y peso se encuentran estandarizados por el reglamento. En relación a la forma, el disco es un objeto de perfil simétrico, aspecto que determinará su posición óptima durante el vuelo. En relación a las medidas y el peso, estas son diferentes en hombres y en mujeres. En hombres, el peso es de 2 kg con un diámetro de 21.9-22.1 cm. En mujeres, el peso es de 1 kg con un diámetro de 18-18.2 cm. La superficie del disco femenino es un 65% el disco masculino y tiene menor masa (50%) (Sinitsin, 1995). El disco utilizado por las mujeres tiene una mejor aerodinámica, ya que tiene una menor cantidad de materia y produce una menor resistencia en su desplazamiento por el aire (Stepanek y Susanka, 1987; Unger, 1978).

    El disco aunque es un artefacto aerodinámico, no tiene el mejor diseño para crear sustentación y prolongar el vuelo durante gran cantidad de tiempo (Sherwin, 1971), en comparación con el resto de artefactos empleados en las diferentes modalidades atléticas. Su cociente aerodinámico lo sitúa como el segundo artefacto con mayor aerodinámica (0.764), siendo 10 veces más aerodinámico que el martillo y siete veces menos aerodinámico que la jabalina (Bartlett, 1992; Hubbard, 1989).

Figura 1. Características del disco masculino (A) y el disco femenino (B)

Fuerza de sustentación del aire

    El vuelo del disco se fundamenta en el principio físico de Bernouilli, que se basa en las diferencias de presión sobre un objeto que se mueve por un fluido a lo largo de una línea de corriente. En su desplazamiento, sobre el disco se producen dos tipos de presiones. En la parte superior se localiza la zona de menor presión o intradós, mientras que en la parte inferior se localiza la zona de mayor presión o extradós (Kreighbaum y Brathels, 1996). Esta característica determina que se genere una fuerza resultante denominada “fuerza de sustentación” (fuerza de dirección vertical y sentido hacia arriba), que va desde la zona de mayor presión a la zona de menor presión. Esta fuerza permite prolongar el vuelo del disco hasta un 10%, en comparación con una atmósfera sin aire (Eichenberger, 1981). Este efecto es similar al que se produce en las alas de un avión, explicando la capacidad de estos aparatos para planear por el aire.

Figura 2. Representación de la fuerza de sustentación del disco (tomado sin modificaciones de Martínez, 1992)

    El tipo de perfil del disco (geométricamente simétrico) determina que, para que se produzca sustentación durante el vuelo, este deba adoptar una posición inclinada durante el vuelo, con la parte delantera (borde de ataque) más elevada que la parte trasera (borde de salida) (Kreighbaum y Brathels, 1996). Sin embargo, la elevación del borde de ataque tiene un límite. Existe una inclinación a partir de la cual la fuerza de sustentación comienza a decrecer bruscamente, genera turbulencias, y produce un desprendimiento prematuro (Silvester y McCoy, 1995).

Figura 3. Representación de las turbulencias que se generan en la parte posterior del disco durante el vuelo (tomado sin modificaciones de Kreighbaum y Brathels, 1996)

    Para determinar la inclinación óptima del disco se utilizan dos ángulos que se denominan: “ángulo de ataque” y “ángulo de actitud”. El ángulo de ataque óptimo del disco es entre 5-10° menor que el ángulo de despegue (Altmeyer, Bartonietz, y Krieger, 1993; Bartlett, 1992; Chiu, 2008; Frohlich, 1981; Hubbard y Cheng, 2007; Soong, 1976). El ángulo de ataque óptimo es de 26-27° para condiciones de viento calmado (Soong, 1976).

    Modificaciones de ± 2° no producen variaciones estadísticamente significativas en el resultado del lanzamiento (Altmeyer, Bartonietz, y Krieger, 1993). Debido a la dificultad de lograr estos ángulos de ataque, a nivel de enseñanza y entrenamiento se aconsejan ángulos de ataque nulos para maximizar la fuerza y conseguir estabilidad durante el vuelo, sobretodo en lanzadores de menor nivel de rendimiento (Bartlett, 1992; Hay, 1993).

Figura 4. Ángulos del disco (modificado de Altmeyer, Bartonietz, y Krieger, 1993).

Efecto Magnus

    Durante el vuelo existe una fuerza que interactúa con el disco modificando ligeramente su desplazamiento de forma lateral, además de la fuerza de sustentación (“efecto Magnus”). El efecto Magnus es un principio físico que se produce sobre objetos de perfil circular que se desplazan por un fluido con un movimiento giratorio. En el lanzamiento del disco, y para un atleta diestro, la parte izquierda del disco gira en sentido opuesto a la dirección del lanzamiento y la dirección del flujo relativo de aire, por lo que se genera una zona de mayor presión (empuje lateral). Para un lanzador zurdo, el disco el disco gira en sentido contrario a las agujas del reloj y la zona de mayor presión se genera en la parte derecha del disco. Esta característica determina que la trayectoria que describe el disco se desvíe ligeramente de forma lateral por efecto de la diferencia de presión entre las diferentes partes del disco (izquierda y derecha), en función de la dominancia del lanzador (diestro o zurdo). A partir de este principio, la situación idónea de viento para un buen lanzamiento será con el viento de cara y con dirección desde el lado derecho hacia el lado izquierdo.

Figura 5. Representación del efecto Magnus para un lanzador zurdo (modificado de Carr, 1997)

Estabilidad del disco

    La traslación del disco en la parábola de lanzamiento se acompaña de un movimiento de rotación sobre su eje longitudinal (perpendicular al plano del disco). Esta rotación, de entre 5-8 giros por segundo (Altmeyer, Bartonietz, y Krieger, 1993), no influye sobre la sustentación o la aerodinámica del artefacto, sino que determina su estabilidad, permitiendo conservar la posición inicial adquirida en la suelta del artefacto. Este aspecto se fundamenta en el principio giroscópico, que se aplica a cuerpos con simetría de rotación y que giran alrededor de un eje no fijo. Este principio se basa en la conservación del momento inercia.

Figura 6. Trayectoria del disco con y sin giro sobre el eje longitudinal (modificado de Altmeyer, Bartonietz, y Krieger, 1993)

    La capacidad para girar rápido y la estabilidad del disco se encuentra determinada por la distribución de la masa en el artefacto, que no está estandarizada por el reglamento. No obstante, los discos de competición tienen un anillo exterior metálico donde se concentra la mayor parte de la masa del disco. De esta forma, una distribución de la masa lejos del eje de giro produce un mayor momento inercia, por tanto, una mayor estabilidad del disco en el vuelo (Ecker, 1996; Terauds, 1978).

    El inconveniente de tener una mayor cantidad de materia cerca del borde es que se necesita una mayor cantidad de energía y tiempo para hacerlo girar a una misma velocidad, si se compara con otro disco con una distribución de masas más próxima al eje de giro. Es decir, se necesitan elevadas demandas de fuerza para hacer girar el disco, pero una vez que se produce el giro su inercia es mayor.

Condiciones de viento

    Durante el vuelo existen dos fuerzas que afectan al disco: la fuerza de gravedad y las fuerzas dinámicas del aire (Hay, 1993; Hubbard, 1989). La gravedad es una fuerza constante (9.8 m/s²) de atracción de la tierra sobre los objetos de dirección vertical y sentido hacia abajo. Este aspecto determina el movimiento parabólico del disco durante el vuelo, estando influenciada la parábola de salto principalmente por: la altura de liberación del disco, la velocidad de proyección, y el ángulo de despegue (Dyson, 1982). Las fuerzas dinámicas que genera el aire son fuerzas variables, que en determinadas condiciones se puede utilizar para lograr una mayor distancia de vuelo (Dapena LeBlanc, y Anderst, 1997; Frohlich, 1981). Las posibilidades en competición al combinar velocidad y dirección del viento son infinitas, pero existen unas condiciones óptimas.

    Las mejores condiciones aerodinámicas para el vuelo del disco, al contrario de lo que inicialmente se pueda pensar, se dan cuando se lanza con el viento en contra (Carr, 1997; Neighbour, 1999). Esto se debe a que con el viento en contra es posible aprovechar esta resistencia del viento para generar una mayor cantidad de fuerza de sustentación del aire, aunque las demandas de fuerza para lanzar el artefacto también son mayores. En estas situaciones de viento en contra el ángulo de inclinación del disco es 12-16° (Bartlett, 1992; Soong, 1976). Este ángulo disminuye conforme aumenta la velocidad del viento.

    El viento a favor o el viento nulo disminuyen la interacción entre el disco y las fuerzas del aire, por lo que se reduce la fuerza de sustentación del medio (Dapena y Annderst, 1997; Neighbour, 1999). En condiciones de viento a favor, la fuerza de sustentación es menor porque el artefacto y el flujo de aire viajan en la misma dirección. En estas condiciones el ángulo de ataque del disco se incrementa, siendo lo más importante la velocidad aplicada sobre el disco y la dirección del lanzamiento. El nivel de variación del ángulo de despegue y ataque tiene un mayor rango de variabilidad que las situaciones de viento en contra (± 6° para el ángulo de despegue y ± 15° para el ángulo de ataque) (Frohlich, 1981).

Parámetros cinemáticos de la suelta

    El lanzamiento de disco es un movimiento deportivo complejo que durante el vuelo describe una trayectoria de tipo parabólica en un plano bidimensional (Bartlett, 1992). El artefacto abandona la mano del lanzador en un punto que se denomina “punto de liberación” y cae en un punto denominado “distancia aerodinámica”. Esta distancia se identifica como la distancia real del lanzamiento (medida en competición) y es mayor que la teórica distancia lograda en una hipotética atmósfera sin aire (Dapena y Anderst, 1997; Hay y Yu, 1995a; Leigh y Yu, 2007; Terauds, 1978).

Figura 7. Distancias de lanzamiento (modificado de Floría, 2006)

    En esta prueba atlética el resultado es consecuencia de la combinación óptima de tres parámetros interdependientes (Hubbard, 1989; Leigh, Liu, Hubbard, y Yu, 2010; Linthorne, 2001): altura de liberación del disco, velocidad de proyección, y ángulo de despegue (Bartlett, 1992; Hay, 1993; Linthorne, 2001; Stepanek, 1986). Además, la trayectoria que realiza el disco en el vuelo se ve afectada por los factores aerodinámicos de: características del disco, fuerza de sustentación de aire, efecto Magnus, estabilidad del disco, y condiciones de viento.

Figura 8. Variables de la suelta (tomado sin modificaciones de Martínez, 1992)

    De los tres parámetros cinemáticos de la suelta, la velocidad de proyección del disco es el más importante (Altmeyer, Bartonietz, y Krieger, 1993; Bartlett, 1992; Hay, 1993; Hay y Yu, 1995a; Maronski, 1991; Silvester, 1988; Terauds, 1978; Tong et al., 2001; Yu, Broker, y Silvester, 2002), requiriéndose al menos 23.5 m/s para lograr una distancia de 60 metros (Yu, Broker, y Silvester, 2002). Esto se debe a su elevada correlación con la distancia de lanzamiento. En relación a la altura de liberación del disco, esta es poco modificable (en fracciones de metro). El ángulo de despegue depende de la altura de liberación y la velocidad de despegue (Bartlett, 1992; Dyson, 1978; Hay, 1993; Kreighbaum y Barthels, 1996). Chiu (2008) estimó los valores óptimos en dos de los tres parámetros cinemáticos para la superación del record del mundo. En hombres, la velocidad de suelta se fijaría en valores de más de 26.66 m/s y el ángulo de despegue en 36.5°. En mujeres, estos valores serían de más de 27.04 m/s para la velocidad de salida y 32.75° para el ángulo de despegue.

    La consecución de una elevada velocidad de lanzamiento se logra aplicando una gran aceleración al artefacto. Para ello, es importante la coordinación de los impulsos parciales (cadena cinética secuencial desde la pelvis hasta la mano) y producir un elevado momento angular del sistema “lanzador-disco” sobre el eje vertical (Dapena, 1993a; Dapena y Anderst, 1997).

    La coordinación de los impulsos parciales se explica según el principio de acción – reacción. La fuerza ejercida por el lanzador contra el suelo desde el apoyo bipodal obtiene como resultado una fuerza de reacción opuesta sobre el sistema “lanzador-disco” que tiene la misma magnitud (Sanders y Wilson, 1989). Esta fuerza se transmite desde el apoyo hasta la mano de lanzamiento y no debe pasar por el centro de masas del sistema para poder obtener como resultado un movimiento giratorio (fuerzas excéntricas) en el impulso final. Los estudios de Dapena (1997), Dapena y Anderst (1997), y Dapena, LeBlanc, y Anderst (1997) dan soporte a esta afirmación, concluyendo que la contribución del momento angular sobre el eje vertical del lanzador es más importante que la contribución del momento lineal (las fuerzas pasan por el CM del sistema) en la generación de velocidad lineal del disco en la dirección del lanzamiento.

    La consecución de un elevado momento inercia se encuentra determinado por: la cantidad o magnitud de fuerza aplicada al disco (Hay, 1993; Lindsay, 1991; Vrabel, 1987), el tiempo de aplicación de las fuerzas (Barlett, 1992; Dyson, 1978; Hay, 1993; Kreighbaum y Brathels, 1996), el recorrido de aceleración (Vrabel, 1987), el radio de giro del disco o distancia entre el eje longitudinal del lanzador y la punta de los dedos (Maronski, 1991), y la cantidad de velocidad angular (Dyson, 1978; Ecker, 1996; Maheras, 1992; Miller, 1976; Shannon, 1988). En la bibliografía especializada no queda claro cuáles son las fases más importantes del lanzamiento. Mientras algunos autores determinan que la fase más importante para lograr este objetivo es el 1º apoyo simple (Barclays, 1993; Bartlett, Müller, Raschner, y Brunner, 1991; Dapena, 1993b; Hay y Yu, 1995b; Yu, Broker, y Silvester, 2002), otros determinan el 2º apoyo doble (Hay y Yu, 1995a; Miyanishi y Sakurai, 2000; Tong et al., 2001; Vigars, 1979; Vrabel, 1987). Ambos grupos de expertos argumentan este posicionamiento basándose en el nivel de influencia que tiene la variación de velocidad horizontal en estos instantes sobre el momento angular del sistema lanzador-disco.

    La mayor envergadura del lanzador otorga una ventaja mecánica inicial a aquellos que presentan una mayor distancia entre la punta de los dedos al elevar los brazos lateralmente y ubicarlos paralelos al suelo (Dyson, 1978; Ecker, 1996). Este aspecto supone un incremento del radio de giro (Sinitsin, 1995; Vrabel, 1987). Al alejar el disco del eje longitudinal de giro se crea un aumento del momento inercia, lo que da como resultado una mayor cantidad de velocidad lineal del disco en la suelta, en un mismo tiempo (Leigh y Yu, 2005; Maronski, 1991).

    A pesar de la importancia de la velocidad aplicada sobre el disco en el resultado del lanzamiento, el ángulo de despegue también muestra elevados niveles de correlación con la distancia aerodinámica (Leigh et al., 2010). Se debe a que a iguales condiciones de velocidad de salida, el ángulo de despegue pasa a ser el parámetro más importante. Además, este ángulo determina la habilidad para generar velocidad de salida (Yu, Leigh, y Liu, 2010). Esto mismo ocurre en las pruebas de lanzamiento de jabalina (Viitasalo, Mononen, y Norvapalo, 2007) o lanzamiento de peso (Hubbard, De Mestre, y Scott, 2001; Linthorne, 2001).

    En ningún caso el ángulo de despegue debe superar los 45° (Terauds, 1978; Yu, Leigh, y Liu, 2010), aunque tampoco se debe llegar a esta angulación puesto que el origen de la parábola de lanzamiento se encuentra por encima del punto de caída. Este ángulo de despegue es diferente para cada lanzador (Kreighbaum y Barthels, 1996; Leigh et al., 2010; Linthorne, 2001; Yu, Leigh, y Liu, 2010), fijándose en un valor óptimo de 35-38° (Altmeyer, Bartonietz, y Krieger, 1993; Arbeit, Bartonietz, y Hillebrand, 1987; Bartlett, 1992; Frohlich, 1981; Hubbard y Cheng, 2007; Soong, 1976; Sueyoshi y Maruyama, 1992), aunque puede llegar a los 44° (Leigh et al., 2010; Yu, Leigh, y Liu, 2010). Soong (1976) indica la relación óptima entre el ángulo de despegue/ángulo de ataque para conseguir una mayor distancia horizontal. Se trata de valores de 35°/26°, dando 1.55 metros más de recorrido horizontal en comparación con la relación de ángulos 35°/35°. Este ángulo de despegue del disco disminuye con el incremento de la altura de liberación (Plaff, 1994).

Conclusiones y aplicaciones prácticas

    En el presente documento se ha hecho referencia a la relación que existe entre los parámetros técnicos y el rendimiento del vuelo del artefacto en lanzamiento de disco. Esta relación es diferente para hombres y para mujeres. En mujeres, el rendimiento depende de la efectividad técnica durante todo el movimiento. En hombres, el rendimiento depende de la capacidad física de fuerza (Leigh y Yu, 2007). Conocer los factores que afectan al rendimiento supone un importante punto de partida para la mejora del rendimiento deportivo. En este artículo se realiza una revisión de la bibliografía sobre los principios aerodinámicos que afectan sobre el vuelo del disco. Esta información puede servir de ayuda al entrenador y al deportista para adaptar la forma de ejecutar la acción técnica a una situación determinada y análisis sus actuaciones en entrenamiento y en competición.

Terminología

Borde de ataque: Borde del perfil por donde choca el viento relativo.

Borde de salida: Borde del perfil opuesto al que choca el viento.

Cuerda aerodinámica: Línea que va desde el borde de ataque al borde de salida.

Intradós: Zona del perfil situada por donde el fluido circula más lentamente.

Extradós: Zona del perfil situada por donde el fluido circula más rápidamente.

Ángulo de ataque: Ángulo entre la dirección del flujo relativo y la cuerda aerodinámica.

Ángulo de actitud: Ángulo entre el eje longitudinal del disco y la horizontal.

Ángulo de despegue: Ángulo entre la trayectoria inicial y la horizontal.

Perfil del disco: Corte longitudinal que muestra 2 dimensiones del disco.

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Fundamentos biomecánicos del lanzamiento de disco. Parte I: técnica de lanzamiento

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EFDeportes.com, Revista Digital · Año 17 · N° 167 \| Buenos Aires, Abril de 2012 © 1997-2012 Derechos reservados