Desde el punto de vista de la física ¿Qué es la fuerza? ¿Y la potencia?

Al comenzar a tratar la fuerza y la potencia desde el punto de vista de la física, nos es imprescindible recordar algunas leyes postuladas por Newton en el siglo XVI, a este respecto la segunda ley de Newton dice que: “Cuando una fuerza actúa sobre un objeto, éste se pone en movimiento, se acelera, desacelera o cambia su trayectoria. Cuanto mayor es la fuerza tanto mayor es la variación del movimiento”. Esta ley de alguna manera, relaciona la importancia que tiene la manifestación de fuerza dentro del movimiento humano, y por ende dentro del rendimiento deportivo. Ahora bien, estrictamente hablando de física, podríamos decir que Fuerza es el producto de la masa por la aceleración de la misma, de esta manera podemos observar que existen dos variables que pueden modificar los niveles de fuerza producidos que son, la masa, y la aceleración, es decir que si el mismo movimiento, por dar un ejemplo una sentadilla, lo realizo con más peso (masa), e igual aceleración, los niveles de fuerza se incrementarán, por otro lado, si a la misma masa (la misma barra con el mismo peso) le imprimo una aceleración mayor, también los niveles de fuerza producida se incrementarán, obviamente la tercer posibilidad de aumentar la fuerza producida es incrementar ambas variables conjuntamente.

Fuerza = Masa * Aceleración

Este concepto de alguna manera nos obliga a definir los componentes principales de la fuerza, así, el concepto de masa, hace referencia a la cantidad de materia, es decir lo que hace que un cuerpo se oponga a ser movido. De este modo, podemos entender que la fuerza tiene una manifestación material, es decir que no podemos hacer fuerza en contra de nada.

Por otro lado, también nos es imprescindible definir el concepto de aceleración o índice de cambio de velocidad, desde la física, la aceleración es una magnitud vectorial que nos indica el cambio de velocidad por unidad de tiempo y su unidad en el Sistema Internacional es el m/s2 (Blazevich 2002).

También tenemos que tener en cuenta que existe una aceleración positiva y una aceleración negativa. En términos simples podemos decir que la aceleración es positiva cuando esta hace que la velocidad del objeto aumente, por ejemplo, cuando presionas el acelerador de tu auto, haces que este aumente su velocidad, del mismo modo la aceleración es negativa cuando hace que la velocidad disminuya, por ejemplo, cuando presionas el freno de tu automóvil (más adelante veremos que el hecho de que la aceleración sea positiva, no implica que la aceleración crezca, o dicho de otro, modo que la curva de aceleración sea ascendente).

Tomemos como ejemplo el caso de este automóvil rojo, el cual se desplaza desde un punto A, a un punto B, supongamos que el conductor desea viajar a 100km/h, entonces desde que arranca el automóvil desde una velocidad inicial 0 (vi = 0) hasta que llega a los 100km/h (vf = 100km/h) es la fase de aceleración positiva. Cuando el automóvil alcanzó la velocidad final, la cual es mantenida a 100km/h, la aceleración es 0. Por último, supongamos que el conductor decide frenar en automóvil, entonces todo ese período es la fase de aceleración negativa o desaceleración, en la Figura 1 podemos observar el ejemplo de aceleración positiva y negativa mencionado anteriormente.

Por otro lado, antes de comenzar con el concepto de potencia, vamos a definir el concepto de velocidad, la cual es una de las variables intervinientes en el rendimiento de la misma. Según Anthony Blazevich, 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 metro por segundo (símbolo m/s),así, se denomina velocidad media, o velocidad promedio a la velocidad en un intervalo de tiempo dado, y ésta se calcula dividiendo el espacio (Δs) recorrido entre el tiempo (Δt) empleado en efectuarlo, por ejemplo, si un objeto recorre una distancia de 10 metros en un lapso de 3 segundos, el módulo de su velocidad media sobre la trayectoria es (Ver ecuación).

Ya teniendo en claro las definiciones de Fuerza y velocidad podemos comenzar a definir la potencia, en relación a ésta John Cronin 2005, propone que la potencia puede ser definida como la cantidad de trabajo producida por unidad de tiempo, o como el producto de la fuerza por la velocidad.

Potencia = Fuerza * Velocidad

Desde esta perspectiva, tendríamos nuevamente 2 formas de modificar los niveles de potencia generados, uno sería incrementando los niveles de fuerza producidos (ya vimos anteriormente a través de que variables podemos generar modificaciones en esta variable), desde este punto de vista, si modificamos cualquier variable que incremente los niveles de fuerza, concomitantemente se incrementarían los niveles de potencia (por supuesto que esto se daría en caso de que se mantengan los niveles de velocidad). Por otro lado, una segunda alternativa en relación a la posibilidad de incrementar los niveles de potencia sería aumentar la velocidad de ejecución del movimiento, de esta manera, modificando cualquiera de las variables relacionadas a la velocidad (espacio recorrido o el tiempo empleado en recorrer dicho espacio), correspondientemente se modificarán los niveles de potencia.

A continuación daremos un ejemplo práctico con un caso real, para ver de qué manera son aplicables en la práctica diaria del entrenamiento deportivo, las definiciones citadas anteriormente.

En la Figura 2 podemos observar el gráfico producido por los niveles de fuerza generados contra el piso, en un salto con contramovimiento seguido por un segundo salto luego de una fase de vuelo, de un jugador de fútbol de nivel provincial. Tal como podemos ver en el siguiente gráfico, éste jugador genera en el primer salto aprox. 1000 Newtons de fuerza por cada pierna (marcado con círculo verde), por otro lado también podemos observar el tiempo total de aplicación de fuerza del sujeto desde que se inicial el movimiento (marcado con una llave amarilla), observando que está alrededor de los 900 milisegundos. Seguidamente veremos lo que sucede con el segundo salto, en el cual la cantidad de fuerza aplicada contra el piso ronda los 1400 Newtons (marcado con un círculo de color rojo), y el tiempo total de aplicación de la fuerza desde que se inicia el movimiento es inferior a 400 milisegundos (señalado con una llave blanca).

Ahora bien, analizando los dos saltos citados anteriormente, ¿Cuál de los dos tipos de salto genera más potencia? ¿Cómo podríamos explicar dicha diferencia en la producción de la misma?

En este caso podemos observar que el segundo ha generado mayores niveles de potencia dado que ha modificado 2 variables intervinientes en la producción de potencia muscular, por un lado, dada la inercia de caída durante la fase de vuelo ha generado mayores niveles de fuerza aplicada contra el piso (1000 vs. 1400 N), por ende, si los niveles de fuerza son mayores, y ésta es una variable constitutiva de la potencia, concomitantemente la potencia se incrementará.

Por otro lado, el tiempo total de aplicación de la fuerza es menor (900 vs. 400 milisegundos), entonces, asumiendo que el desplazamiento ha sido el mismo, si el tiempo es menor, inversamente la velocidad de ejecución es mayor, y si la velocidad es mayor consecuentemente la potencia también lo es.

De esta manera podemos ver como se aplican los conceptos mencionados anteriormente, teniendo en claro cuáles son las variables intervinientes dentro de una capacidad, y analizando el comportamiento de las mismas ante un gesto motor.