Nuevos métodos para mejorar la técnica de salto de altura

1996/09/01 Alcalde Valverde, Juan Carlos | Pérez Sarasola, Xabier Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Teknologia

Las técnicas de formación de los atletas han cambiado radicalmente. La principal técnica era la imitación de atletas de alto nivel, en la actualidad se utilizan sistemas más complejos como pruebas médicas y psicológicas, estudios de alimentación, análisis biomecánicos, etc.

Como es sabido, la biomecánica estudia el movimiento corporal mediante las leyes básicas de la mecánica y Leonardo da Vinci y Galileo, XV. y XVI. Prestigiosos científicos de siglos se consideran pioneros de la biomecánica actual. Con el objetivo de dar respuesta a los diferentes deportes y gracias a los avances de los ordenadores, esta ciencia se ha desarrollado notablemente y se ha convertido en una herramienta imprescindible para encontrar los factores que influyen en la habilidad y técnica del atleta.

Figura . Simulación de uno de los saltos realizados por el récord mundial Javier Sotomayor.

Bajo la coordinación del Comité Olímpico Internacional, el CEIT y otros centros de investigación internacionales han realizado análisis biomecánicos de deportistas que participaron en los Juegos Olímpicos de Barcelona de 1992. La información para la realización de los análisis se obtuvo mediante tres videocámaras. A continuación se realizaron cálculos matemáticos para simular el movimiento en el ordenador, lo que supuso además de profundizar en la mecánica de algunos deportes, la obtención de espectaculares animaciones.

En la figura 1 se puede ver uno de los saltos realizados por Javier Sotomayor, propietario del récord mundial. Este artículo puede considerarse como una continuación de las investigaciones realizadas entonces y además pretende ser una ayuda para ver cómo se realizan este tipo de cálculos. Para ello desarrollaremos un sencillo modelo de análisis de salto de altura. Este modelo nos explica que los movimientos de las diferentes partes del cuerpo, la dinámica muscular y las relaciones neuromusculares entre sí, permiten realizar movimientos complicados de forma óptima y coordinada.

Salto de altura: fundamentos de la técnica

Como en cualquier prueba de atletismo, en el salto de altura hay que vencer las fuerzas de la naturaleza, en este caso la de la gravedad, y se trata de realizar la secuencia de movimientos que hay que realizar para superar la barra horizontal a una altura.

La altura máxima alcanzada en el salto se puede dividir en tres alturas de ataque, altura de vuelo y altura libre. La altura de ataque _(H 1) es la altura del centro de gravedad del atleta en el momento del ataque. La altura de vuelo (H ₂₎ es la diferencia entre la altura máxima alcanzada por el centro de gravedad y la altura de ataque. La altura de vuelo sólo depende de la velocidad vertical alcanzada por el atleta tras el ataque.

Por último, la altura libre (H ₃₎ es la diferencia entre el listón y la altura máxima que alcanza el centro de gravedad. Por su parte, el valor de la altura libre depende de la velocidad de rotación que lleva desde la posición de ataque casi vertical hasta la posición sobre el listón, casi horizontal, y de los movimientos que debe realizar el atleta para pasar sin tirar el listón. Por tanto, la altura libre depende del estilo de salto del atleta.

En el desarrollo de la técnica de salto de altura se pueden distinguir diferentes estilos: tijera, vientre, Fosbury, etc. La experiencia ha demostrado que el estilo “Fosbury” es el más eficaz y utilizado mayoritariamente por atletas contemporáneos. Por lo tanto, es lo que vamos a analizar en este artículo.

Modelo biomecánico

El movimiento que realiza el atleta en el momento del salto es muy complejo y por tanto difícil de interpretar. Por tanto, el movimiento debe simplificarse para poder trabajarlo mejor. Sin embargo, las características más importantes del movimiento deben mantenerse para que el resultado sea correcto.

En este caso el atleta se representa a través de un sistema formado por tres elementos rígidos (patas, muslo y tronco) que se unen en dos articulaciones (rodilla y cadera) y el movimiento del atleta se debe a seis grupos musculares.

Por su parte, las ecuaciones correspondientes al modelo mecánico a utilizar se pueden obtener mediante métodos usuales en el análisis dinámico: Ecuaciones de Newton, métodos de trabajo virtual, etc.

Donde los vectores de posición, velocidad y aceleración de las coordenadas que describen el sistema 0, 0, 0, son el vector que forma la fuerza de gravedad F ^G y el ^vector de fuerza muscular F M.

Cada músculo se sustituye por un sistema de tres elementos. El músculo en sí mismo está formado por un elemento recapitulativo (EL) que trabaja paralelamente y un elemento pasivo (EP). La fuerza que puede ejercer el músculo depende de su longitud, de su velocidad de acortamiento y de la actividad muscular ejercida por los nervios. El elemento abreviado tiene en cuenta todas estas relaciones, mientras que el elemento pasivo representa las características elásticas del músculo en condiciones distendidas. En nuestro caso, el músculo se encuentra en serie con el elemento (CE) que representa el tendón y es linealmente elástico.

Esta práctica simplifica bastante el movimiento y, además, se tiene en cuenta la interdependencia entre la dinámica del movimiento, la dinámica muscular y la relación neuromuscular.

El parámetro de entrada a este modelo es el estímulo nervioso a lo largo del tiempo y puede medirse experimentalmente utilizando técnicas de electromiografía (EMG). Mediante la colocación de electrodos en la superficie muscular se puede obtener la imagen gráfica de las señales eléctricas correspondientes a las activaciones musculares. En este caso, teniendo en cuenta que los movimientos del atleta son instantáneos, se supone que los músculos adquieren un gran estímulo en un corto espacio de tiempo.

Formulación

Si analizamos el modelo elegido, observamos que en el salto del atleta intervienen dos tipos de variables:

Condiciones iniciales: ángulo inicial del cuerpo con respecto al suelo _{0 0} , velocidad horizontal Vx ₀ , velocidad vertical Vy _{0 y velocidad} angular w 0, todas ellas _medidas en el momento de ataque. Los valores de estas variables deben limitarse para que sean proporcionados a la capacidad humana.

Excitación muscular a lo largo del tiempo: los estímulos nerviosos deben situarse en un intervalo de tiempo, entre el comienzo del estímulo t ₁ y el final t _2.

Si proporcionamos a todas estas variables valores reales correspondientes a un salto, se puede obtener la simulación del salto con ayuda del ordenador y el valor de la altura superada. Por otra parte, las técnicas de optimización matemática permiten obtener valores óptimos para las condiciones iniciales y los estímulos nerviosos que se encuentran dentro de las posibilidades del atleta.

Esta información es muy útil para el atleta y, cómo no, también para el entrenador. Con esta herramienta, el atleta, además de conocer las características que debe corregir, puede conocer la combinación de fuerzas musculares para conseguir un salto óptimo.

Resultados

En la figura 7 se puede observar la simulación del salto optimizado del modelo con características medias de saltadores de altura superiores. Atleta de 1,9 metros de altura y 75 kg de peso con una velocidad vertical en ataque de 5 m/s. Si representamos la simulación de forma gráfica, veremos que tiene gran similitud con lo que hacen los saltadores de altura superiores en la realidad.

El atleta superará los 2,42 m de altura. En la tabla superior se recogen las diferentes partes de la altura.

Estudio de las condiciones iniciales: sabiendo que la altura libre es del 2,5% de la altura total, se puede rechazar este componente de la altura. Es decir, suponiendo que toda la altura que ha superado es igual a la alcanzada por el centro de gravedad del atleta, podríamos aproximarnos a la altura que ha superado el atleta mediante la fórmula del tiro parabólico. Por

tanto, la altura obtenida en este caso dependerá de la altura inicial del centro de gravedad y de la velocidad vertical. En todas las pruebas realizadas, una vez optimizado el salto, se ha podido confirmar que el saltador de altura utiliza la máxima velocidad vertical que puede alcanzar. Este resultado es lógico ya que la ecuación (2) muestra que la velocidad vertical es el parámetro más efectivo a la altura superada. La dependencia de la altura inicial del centro de gravedad también influye directamente, de ahí que se _{haga 0} = 90º.

La velocidad horizontal y la vertical son menos efectivas. El primero apenas afecta a la altura alcanzada y su valor está relacionado con la interacción con el suelo en ataque, considerado como 0,5-0,6 de la velocidad vertical. Por su parte, el valor de la velocidad angular debe ser tal que el saltador de altura alcance una posición horizontal sobre el listón.

Estudio del movimiento y de los músculos: el saltador de altura inicialmente recto comienza a girar; a medida que se acerca al listón, gira la cadera y dobla la rodilla. En cuanto la cadera supere el listón, el atleta se inclina bruscamente hacia el lado contrario, subiendo el muslo hacia arriba. Cuando la parte posterior de la pierna está cerca de la barra, por el contrario, estirará las piernas. La inclinación de la cadera y el estiramiento de la rodilla aseguran la seguridad del atleta al aterrizar, adoptando una posición en “L”.

La evolución de las fuerzas ejercidas por los distintos grupos musculares considerados se puede observar en las gráficas de la figura 8.

Conclusiones

El método de análisis del movimiento humano presentado en este artículo condicionará las investigaciones futuras, fijando la nueva base. La mayor parte de los estudios realizados hasta el momento sólo tenían en cuenta la dinámica del esqueleto. Aquí, por el contrario, se ha tenido en cuenta la compleja estructura muscular y las relaciones neuromusculares, formando un modelo simple y práctico que describe con precisión el movimiento real.

Una vez analizados los resultados de los estudios, el salto de altura es una prueba muy técnica. La altura superada, además de depender de la fuerza instantánea de la pierna de ataque que limita la velocidad de despegue, está influenciada por otras características como la estructura del cuerpo, la elasticidad y las técnicas de coordinación de movimientos. En consecuencia, se puede decir que la fuerza, la potencia muscular y la preparación general de la coordinación entre las distintas partes del cuerpo son necesarias para mejorar el nivel del atleta.

Para terminar, decir que un planteamiento de este tipo abre las puertas a otros problemas de todo tipo, como el deporte, la rehabilitación o la ortopedia.