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Cálculo del
rozamiento del calzado
Pract. 3
Alvaro Coca Romero
CCAFD - Biomecánica de las Técnicas
Deportivas
Cálculo del coeficiente
rozamiento del calzado
deportivo
Pract. 3
Alvaro Coca Romero
Biomecánica de las Técnicas
Deportivas
iente de
rozamiento del calzado
deportivo
ÍNDICE
Introducción Página 1
Objetivo y Material Página 3
Desarrollo Página 4
Resultados Página 5
Conclusiones Página 7
Bibliografía Página 9
CCAFD - Biomecánica de las Técnicas Deportivas Cálculo del coeficiente de rozamiento del calzado deportivo
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CCAFD - Biomecánica de las Técnicas Deportivas Álvaro Coca Romero [email protected]
INTRODUCCIÓN
La fricción entre el calzado y el suelo es necesaria para evitar caídas y proporcionar una fijación suficiente para desplazarse, girar, etc. En el ámbito deportivo las velocidades de desplazamiento y las fuerzas son mayores que cuando nos desplazamos andando. Por ello mientras que en el mundo laboral se exigen coeficientes de rozamiento de 0,5, en el deporte se recomiendan coeficientes entre 0,7 y 0,8.
Se entiende como coeficiente de fricción (COF) a: COF=Froz/Fv, siendo Fv la fuerza vertical sobre el pavimento y Froz la fuerza de rozamiento que aparece.
Un COF adecuado evitará caídas y aumentará el rendimiento del deportista al proporcionarle la sujeción necesaria para realizar rápidos desplazamientos y giros. Estos aspectos influyen notablemente en el número de lesiones ocasionadas sobre una superficie deportiva.
El coeficiente de fricción depende de las características de las superficies en contacto, de las condiciones ambientales y de la velocidad de desplazamiento relativo entre las dos superficies. La velocidad de desplazamiento es un factor importante que es necesario tener en cuenta ya que normalmente la fricción desciende si la velocidad aumenta.
La fuerza de rozamiento por deslizamiento es una fuerza tangencial a la superficie de contacto entre dos cuerpos y de sentido opuesto al movimiento, que se produce como consecuencia de la interacción de las moléculas de los cuerpos en contacto. Esta fuerza permite que se pueda caminar, correr, ir en bicicleta, etc. Su módulo viene dado por el producto del coeficiente de rozamiento por la fuerza normal:
FR = m · N El valor de la fuerza normal dependerá de cómo se realiza el movimiento. Si éste es
horizontal el módulo de la fuerza normal coincide con el peso del cuerpo que se apoya, mientras que si el movimiento no es horizontal hay que descomponer el peso y la fuerza normal coincide con una de las componentes del mismo.
El rozamiento depende de las dos superficies que se ponen en contacto, por lo que se
puede modificar el rozamiento cambiando una sola de las dos superficies. El coeficiente de rozamiento es distinto si el cuerpo ya está deslizando (coeficiente de
rozamiento dinámico) que si aún no ha comenzado a deslizar (coeficiente de rozamiento estático), siendo algo mayor en este segundo caso. Sin embargo, en general se tratan como si
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su valor fuese el mismo. En esta práctica vamos a calcular el coeficiente de rozamiento estático (el cuerpo aún no está deslizando).
Se habla de rozamiento estático cuando nos referimos a la fuerza horizontal necesaria
para iniciar un movimiento. El rozamiento dinámico es el que se produce con una velocidad de desplazamiento constante. En el caso del rozamiento entre el calzado y el pavimento es necesario medir el rozamiento dinámico, que es el que se produce en las paradas o giros de los movimientos deportivos. Por otra parte, mientras que andando las velocidades son de 0,5 m/s, en el deporte se realizan velocidades de 1 a 5 m/s.
Podemos calcular el coeficiente de rozamiento entre una zapatilla de deporte y una
superficie de dos formas distintas:
1. Mediante una cuerda unida a una polea de la que podamos colgar pesas. Así veremos a partir de qué fuerza (peso) la zapatilla comienza a deslizar y, conociendo la masa de la zapatilla mediante una balanza y aplicando la segunda ley de Newton, podremos calcular el valor del coeficiente de rozamiento.
2. Inclinando la superficie hasta que la zapatilla comience a deslizar y, así, aplicando de nuevo la segunda ley de Newton podremos calcular el valor del coeficiente de rozamiento. Es esta segunda forma la que vamos a utilizar.
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OBJETIVO Y M
Nuestro objetivo es determinar el coeficiente de rozamiento de distintos calzadosdeportivos sobre una superficie de parqué.
Running
Para ello necesitaremos el siguiente material:- Zapatillas de dos deportes distintos y en
� Relativamente nuevas.� Bastante gastadas.� Con las suelas mojadas.� Con las suelas sucias (tierra).� Con las suelas calientes.
- Tabla de parqué. - Poleas y cuerdas que permitan variar la inclinación de las tablas.
- Goniómetro o transportador para medir ángulos.
- Cinta métrica.
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MATERIAL
Nuestro objetivo es determinar el coeficiente de rozamiento de distintos calzadosdeportivos sobre una superficie de parqué.
Fut-Sal
Para ello necesitaremos el siguiente material: Zapatillas de dos deportes distintos y en distintas condiciones:
Relativamente nuevas. Bastante gastadas. Con las suelas mojadas. Con las suelas sucias (tierra). Con las suelas calientes.
Poleas y cuerdas que permitan variar la inclinación de las tablas.
transportador para medir ángulos.
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Nuestro objetivo es determinar el coeficiente de rozamiento de distintos calzados
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DESARROLLO
- Colocamos una zapatilla deportiva en la superficie (Figura 1).
- Vamos elevando la superficie mediante una cuerda
atada a una polea hasta el momento en que la zapatilla comience a deslizar. Como nos interesa justo ese momento no podemos elevar la superficie muy rápidamente (Figura 2).
- Cuando la zapatilla comience a deslizar dejaremos de elevar la superficie y mediremos el ángulo de inclinación mediante un goniómetro o la tangente del mismo mediante una cinta métrica. Nosotros calcularemos el ángulo a partir de la tangente mediante la cinta métrica pues la tabla esta separada de la pared y es más exacto medir de esta forma. Mediremos la altura máxima a la que esta la tabla y su longitud desde el punto de contacto con el suelo hasta la pared. (Figura 3)
- El coeficiente de rozamiento coincidirá con la tangente del ángulo tal como hemos visto anteriormente.
- Repetiremos todo lo anterior con los distintos tipos de zapatillas de deporte en las distintas condiciones.
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RESULTADOS
RUNNING
Coeficiente de rozamiento (µ)
suela nueva
suela gastada
suela mojada
suela sucia
suela caliente
Grafica 1. Coeficiente de
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
suela
nueva
Co
efi
cie
nte
de
ro
za
mie
nto
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ESULTADOS
RUNNING
Coeficiente de rozamiento (µ) y x
suela nueva 44 90
suela gastada 36 83
suela mojada 46 81
suela sucia 37 82
suela caliente 52 77
Grafica 1. Coeficiente de rozamiento del calzado running sobre parqué.
suela
nueva
suela
gastada
suela
mojada
suela sucia suela
caliente
Condiciones del calzado
Running
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5
x µ
90 0,49
83 0,43
81 0,57
82 0,45
77 0,68
sobre parqué.
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FUT
Coeficiente de rozamiento (µ)
suela nueva
suela gastada
suela mojada
suela sucia
suela caliente
Grafica 2. Coeficiente de rozamiento del calzado
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
suela
nueva
Co
efi
ecie
nte
de
ro
za
mie
nto
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FUT-SAL
Coeficiente de rozamiento (µ) y x
suela nueva 40 81
suela gastada 29 87
suela mojada 48 80
suela sucia 33 83
suela caliente 39 82
. Coeficiente de rozamiento del calzado fut-sal sobre parqué.
suela
nueva
suela
gastada
suela
mojada
suela sucia suela
caliente
Condiciones del calzado
Fut-sal
Biomecánica de las Técnicas Deportivas Cálculo del coeficiente de rozamiento del calzado deportivo
6
µ
81 0,49
87 0,33
80 0,60
83 0,40
82 0,48
sal sobre parqué.
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CONCLUSIONES
La fricción es indispensable para que exista movimiento. Gracias a esta fricción es posible transmitir las fuerzas de reacción del suelo y ejecutar el gesto deportivo. Un calzado el "agarre" suficiente dificulta, imposibilita, o hasta convierte en muy peligrosa la práctica deportiva, debido a que no permite aplicar fuerzas suficientes ni de impulsión ni de frenado.
Si bien es recomendable y necesario cierto nivel de rozamiento
calzado y el pavimento, niveles excesivos pueden aumentar el riesgo de lesiones, especialmente en deportes que incluyen los desplazamientos laterales y los giros entre sus gestos más frecuentes.
Figura 4. Fuerza de
Si la fuerza de fricción es puede ejercer con el calzado y aumenta el riesgo de sobrec
Grafica 3. Comparativa del coeficiente de rozamiento
del calzado de running (azul y naranja) y fut
A la vista de la grafica 3, pode
ambos calzados en condiciones de suela nueva
pese a ser de dos disciplinas deportivas diferentes: 0,49
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
suela
nueva
Co
efi
ecie
nte
de
ro
za
mie
nto
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ONCLUSIONES
La fricción es indispensable para que exista movimiento. Gracias a esta fricción es transmitir las fuerzas de reacción del suelo y ejecutar el gesto deportivo. Un calzado
"agarre" suficiente dificulta, imposibilita, o hasta convierte en muy peligrosa la práctica deportiva, debido a que no permite aplicar fuerzas suficientes ni de impulsión ni de frenado.
Si bien es recomendable y necesario cierto nivel de rozamiento entre la suela del calzado y el pavimento, niveles excesivos pueden aumentar el riesgo de lesiones, especialmente en deportes que incluyen los desplazamientos laterales y los giros entre sus
Fuerza de fricción baja (izquierda) y alta (derecha).
fuerza de fricción es baja, existe el riesgo de deslizar y caer y la impulsión que se es baja. Si la fuerza de rozamiento es excesiva, s
riesgo de sobrecargas y lesiones (Figura 4).
Grafica 3. Comparativa del coeficiente de rozamiento
del calzado de running (azul y naranja) y fut-sal (verde y rojo).
A la vista de la grafica 3, podemos observar como para la misma superficie
en condiciones de suela nueva tienen el mismo coeficiente de rozamiento
pese a ser de dos disciplinas deportivas diferentes: 0,49 µ. Sin embargo en condiciones de
suela
nueva
suela
gastada
suela
mojada
suela sucia suela
caliente
Condiciones del calzado
Running vs Fut-sal
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La fricción es indispensable para que exista movimiento. Gracias a esta fricción es transmitir las fuerzas de reacción del suelo y ejecutar el gesto deportivo. Un calzado sin
"agarre" suficiente dificulta, imposibilita, o hasta convierte en muy peligrosa la práctica deportiva, debido a que no permite aplicar fuerzas suficientes ni de impulsión ni de frenado.
entre la suela del calzado y el pavimento, niveles excesivos pueden aumentar el riesgo de lesiones, especialmente en deportes que incluyen los desplazamientos laterales y los giros entre sus
a impulsión que se excesiva, se dificulta el giro
superficie (parqué)
tienen el mismo coeficiente de rozamiento
Sin embargo en condiciones de
caliente
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suela gastada el calzado de running tiene mayor fricción con la superficie y esto es debido a
que en la carrera atlética la fuerza de rozamiento debe ser mayor que en la modalidad de
futbol sala, pues la carrera normalmente esta exenta de giros y la impulsión del pie debe ser
alta mientras que en futbol sala la fuerza de fricción debe ser un poco mas ligera para permitir
cambios de direcciones, giros, etc.
Contrario a lo que se podría pensar, en condiciones de suela mojada ambos calzados
se comportan de la misma manera: aumentan su coeficiente de rozamiento (entre 0,5 y 0,6 µ).
Esto puede tener su explicación por que,
- en el caso del calzado running, cuando corremos podemos hacerlo por diferentes
estados de la superficie (seco, mojado, húmedo…) y necesitamos ese agarre en el
suelo que nos permita una fuerte impulsión en cualquier tipo de terreno.
- para el calzado de fut-sal este agarre se debe a que es necesario para evitar resbalones
cuando la pista esta húmeda o mojada, normalmente por caída de sudor de los
participantes a la superficie, ya sea en una caída del propio sujeto o por la evaporación
del sudor directamente.
En cuanto al análisis en suela sucia se puede observar como el coeficiente de
rozamiento disminuye en comparación con el estado de suela nueva y limpia en ambos casos,
descendiendo sobretodo para el calzado de fut-sal (0,49 a 0,4 µ). El motivo de este descenso
esta en que el calzado de fut-sal esta fabricado para una superficie concreta (en el caso de
nuestro calzado parqué o similares) y en unas condiciones de limpieza optimas (normalmente
esta superficie viene acompañada por unas instalaciones en espacio cerrado), por lo que
cualquier alteración del terreno, como superficie gastada, sucia… provoca una disminución en
la fricción acompañado con un aumento del riesgo de lesiones por resbalones. Sin embargo el
calzado de running solo tiene una diferencia de 0,4 µ debido a lo comentado anteriormente: la
carrera podemos hacerla por diferentes superficies y en diferentes condiciones.
Observando los datos obtenidos con suela caliente nos damos cuenta de una
apreciación que se tiene cuando se practican los deportes de carrera atlética y futbol sala: a
medida que corremos durante más tiempo, la sensación de agarre es mucho mayor mientras
que en futbol sala esta sensación no existe. Y así se observa como con suela caliente, el calzado
running aumenta en 0,19 µ su coeficiente de rozamiento. Esto se debe a que al correr la
fricción con el suelo provoca un aumento de calor en la suela y nos puede ayudar para correr
en superficies frías y no perder agarre. Por el contrario, en futbol sala, esto no es necesario en
principio pues un excesivo agarre nos dificultaría por completo cualquier giro, cambios de
dirección o desplazamiento… aumentando el riesgo de lesión.
Estas conclusiones son específicas para los calzados investigados en condiciones de
reposo, pudiendo variar según la calidad del calzado y la superficie sobre la que se realiza el
estudio. Las apreciaciones realizadas por rozamiento en condiciones dinámicas derivan de la
experiencia propia a lo largo de la vida deportiva y del apoyo de los datos obtenidos en la
práctica.
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BIBLIOGRAFÍA
El pie calzado. Guía para el asesoramiento en la selección del calzado deportivo. Instituto de Biomecánica de Valencia. Enlace web (23 de Diciembre de 2009): http://www.ibv.org/index.php/es/libreria/catalogo-de-
publicaciones/publicacion/show_product/94/90 Ramiro, J. Las tecnologías en el deporte como motor de la innovación industrial. Ibercaja Zentrum. Instituto de Biomecánica de Valencia. Enlace web (23 de Diciembre de 2009): http://www.ibercajalav.net/img/TecnoDeporteInnovacion.pdf