La ciencia del deporte

(Un artículo de Daniel Méndez en el XLSemanal del 20 de abril de 2014)

El deporte es mucho más que entrenamiento. Los grandes 'milagros' deportivos revelan tesón, esfuerzo y talento, pero también un genial trabajo de ingeniería y mecánica. 

El tenis y la potencia

-Física. Las raquetas de última generación.

Rigidez y ligereza son los grandes requisitos de toda raqueta. La clave radica en el material empleado. La nueva revolución está en el grafeno, 200 veces más duro que el acero y mucho más resistente. Novak Djokovic lo usa desde enero del año pasado. Permite ajustar la distribución de pesos a unos niveles sin precedentes; trasladándolo a la punta -y ganando así en potencia- o a la empuñadura -y mejorando el control-. Nadal, por ejemplo, le pidió a Babolat, la firma de su raqueta, tres gramos más en la punta. Y Djokovic incrementó el peso de la cabeza de un 22 por ciento hasta un 30 por ciento del total. Lo siguiente podría ser una raqueta 'inteligente'. Babolat ha presentado su modelo Play Pure Drive, dotada de sensores que analizan las prestaciones del jugador.

-Biomecánica. El "top" de las 5000 revoluciones.

Si el jugador ataca la pelota desde abajo realizando un giro de muñeca, impone un efecto de rotación a la pelota. De esta manera, al botar, saldrá despedida hacia arriba y hacia delante, obligando al contrario a retroceder. Nadal es capaz de conferir a la pelota una rotación de 5000 revoluciones por minuto, frente a las 4000 de Federer y las 2500 de un tenista medio. El especialista John Yandell, usando cámaras de alta velocidad, ha descubierto el secreto del drive de Nadal: radica en el equilibrio entre rotación del tronco y empuje de las piernas hacia arriba. Cuando prepara el golpe, carga todo el peso en su pierna izquierda, justo antes de adelantarse al bote de la pelota. En el momento del golpe, rota el tronco al tiempo que gira la empuñadura de la raqueta.

-Psicología. El que grita cuando golpea gana

Rafa Nadal o Maria Sharapova se distinguen por la potencia de sus gemidos al golpear la pelota. Un equipo de psicólogos de la Universidad de Columbia Británica quisieron comprobar si, además de ser fruto del esfuerzo, gritar les otorgaba una ventaja respecto a sus rivales. Pidieron a un grupo de 33 universitarios que observaran una serie de vídeos de tenistas y trataran de averiguar lo más rápido posible la dirección del golpe. Cuando este iba acompañado de un grito, la respuesta del contrario era más lenta y el número de errores, más alto.

-Matemáticas. ¿El ojo de halcón es infalible?

Los sistemas de ojo de halcón se basan en cálculos de triangulación y en los datos recogidos por cuatro cámaras de alta velocidad, y son capaces de reconstruir la trayectoria de la pelota. Sin embargo, muchos han discutido su fiabilidad; también algunos científicos. Académicos de la Universidad de Cardiff, con la estadística como herramienta de análisis, concluyeron que el margen de error de estos sistemas es de 4,5 milímetros -frente a los 3,6 que reconoce el fabricante-. Todavía estaría dentro de la norma de la Federación, que permite un margen de error de 5 milímetros, pero podría haber cambiado el resultado de más de un partido. 

El atletismo y el impulso

-Biomedicina. ¡Hemos llegado a nuestro tope! Eso es lo que sostiene el biomédico francés Geoffroy Berthelot. Analizando los récords desde 1896, ha comprobado que las marcas mejoraron hasta los años 80 del siglo XX. Sin embargo, la tendencia se interrumpe ahí. Un 64 por ciento de los actuales récords de atletismo se lograron antes de 1993. La técnica, la alimentación y la tecnología ya no bastan. Y Berthelot ha puesto una fecha tope: más allá de 2027 ya no se batirán récords. 

-Anatomía. La altura del atleta es la clave Hay una excepción que el propio Berthelot reconoce: Usain Bolt. ¿La clave? Mide 198 centímetros, mientras que Carl Lewis, su antecesor, mide 10 menos. Alan Nevill, especialista británico en bioestadística, estudia una nueva generación de atletas, más altos y de musculatura menos corpulenta. La zancada mayor les otorga ventaja en la etapa media de la carrera, cuando se alcanzan las velocidades mayores. 

-Biomecánica. Cómo mejorar el impulso. La biomecánica ha analizado cómo el atleta puede maximizar el impulso en cada zancada, ya que el velocista pasa más tiempo en el aire (la llamada "fase de vuelo" de cada zancada) que en el suelo: cuando alcance su máxima velocidad, el apoyo durará tan solo 0,08 segundos. Suficientes, con la preparación necesaria, para lograr un impulso de más de 3,5 veces su peso corporal.

-Genética. ¿Y si el secreto está en los genes? Ante la preponderancia en los podios de los atletas de origen keniano en las carreras de fondo, muchos científicos le han buscado una explicación al asunto. Diversos estudios han encontrado diferencias notables en el índice de masa corporal y en la estructura ósea de los atletas de Kenia: piernas más largas, menor masa corporal en relación con su altura, torsos más reducidos... Una explicación no exenta de polémica se ha centrado en la genética. Diversos estudios han demostrado que los velocistas tienen dos copias de un gen, el ACTN3, relacionado con las fibras musculares de contracción rápida; mientras que muchos corredores de fondo cuentan con dos copias del ACTN2, un gen relacionado con las fibras musculares de contracción lenta. Pese a esto, no se ha demostrado la asociación de esta peculiaridad genética con una determinada raza.

La natación y la aerodinámica

-Física ¡Y, sin embargo, flotamos!

Aunque se producen ligeras variaciones en función de la temperatura, el agua tiene una densidad que ronda los 1000 kilogramos por metro cúbico. No obstante, el cuerpo humano alcanza una densidad de unos 1800 kilogramos por metro cúbico en el tejido óseo y una densidad de unos 1050 kilogramos por metro cúbico en los tejidos que conforman los músculos, los tendones y los ligamentos. Con una densidad mayor que el agua deberíamos hundirnos. Y, sin embargo, flotamos. ¿Por qué? El aire almacenado en los pulmones tiene una gran parte de la culpa. Es lo que se llama 'flotación pasiva'. El movimiento hace el resto.

-Ingeniería. Avanzar con la mano abierta

La intuición, y el dictado de muchos entrenadores, ha llevado a pensar durante tiempo que la mano cerrada y ligeramente curvada maximiza la brazada. Error. Adrian Bejan, profesor de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Duke (EE.UU.), ha demostrado que una ligera separación de los dedos (entre uno y dos quintos de su diámetro) aporta una fuerza un 50 por ciento superior. La clave está en lo que en mecánica de fluidos se conoce como 'capa límite': la viscosidad del agua hace que esta se 'adhiera' a los dedos, desplazándose con ellos en lugar de filtrarse por el ligero hueco que dejan. 

-Antropología. Nadar en el desierto

El ser humano no está diseñado para moverse en el agua. Al contrario de los peces, que tienen unas aletas pequeñas en comparación con el tamaño de su cuerpo, nosotros tenemos unas extremidades muy largas y delgadas. Malo. Aunque hace tiempo que luchamos contra nuestras limitaciones, como muestra una vasija asiria que se exhibe en el Museo Británico de Londres y que data del año 800 antes de nuestra era. Hay vestigios anteriores. En 1933, el explorador húngaro László Almásy -cuya vida inspiró El paciente inglés- encontró unas pinturas rupestres que representaban a hombres nadando. La cueva, fechada en el año 4500 antes de Cristo, es el primer documento referido a la natación y se encuentra en pleno desierto egipcio... ¡a miles de kilómetros del mar! 

-Biomecánica. El cuerpo perfecto

La estadounidense Missy Franklin, de 18 años, cuenta con el actual récord mundial en 200 metros espalda, además de con cuatro medallas de oro olímpicas. Sus resultados han llevado a los biomecánicos Jan Prins y Per-Ludvik Kjendle a analizar su fisonomía. Para empezar, mide 1,85 metros de altura: según el estudio, un nadador de 1,80 nada hasta 1,3 veces más rápido que otro que solo mida 1,50. Así mismo, sus largos brazos -con una envergadura de casi 2 metros- y sus grandes manos la ayudan a propulsarse. Y la clave: exhibe, como Michael Phelps, una mayor flexibilidad en sus articulaciones, lo cual resulta especialmente útil para optimizar la patada de delfín. El 90 por ciento de la fuerza del empuje proviene de la patada de los pies desde la superficie hacia el fondo de la piscina.

El entrenador James Doc Counsilman revolucionó la natación en los 60 con un movimiento del brazo en forma de ese que optimizaba la propulsión. Fue el primero en incorporar el método científico. Hoy se emplean hasta acelerómetros y goniómetros para medir los ángulos que forman las articulaciones.

El fútbol y la mente

-Física. Goles que desafían las leyes

Pocos goles han despertado tanta curiosidad científica como el que marcó el brasileño Roberto Carlos en un partido amistoso contra la selección francesa en 1997. Nada pudo hacer el guardameta para evitarlo: se quedó plantado bajo los palos viendo cómo el balón modificaba su trayectoria en el aire. No en vano ha sido bautizado como "el gol que desafío a la física". Y los físicos que recogieron el guante tardaron 13 años en publicar un concienzudo análisis en la revista New Journal of Physics. Si alguien pensaba que el gol fue casualidad, se equivocaba, como demostró un equipo de científicos francés. Según el estudio, hubo dos elementos claves en ese gol. Por un lado, la distancia a la portería (35 metros) otorgaba a la pelota el tiempo suficiente para describir una trayectoria curva. Aunque para completar el arco debe combatir la fuerza de la gravedad y la fricción del aire, que ralentiza el desplazamiento; la alta velocidad que alcanzó la pelota (130 kilómetros por hora) fue el otro parámetro que permitió a Roberto Carlos obrar el milagro. La conclusión de los autores del estudio es que puede repetirse. La prueba se pudo ver en un gol de Messi contra el Almería a principios de marzo. El 'efecto banana' del argentino hizo que muchos recordaran el gol del brasileño. Los científicos ya lo están analizando.

-Historia. Newton lo vio primero

El llamado "efecto banana" (en curva) se basa en el movimiento giratorio del balón que puede alcanzar las 600 revoluciones por minuto al tiempo que se desplaza a una velocidad de 30 metros por segundo. Así se genera una diferencia de presión que empuja al esférico hacia el lado opuesto del lanzamiento. Es lo que en física se conoce como "efecto Magnus", por el físico alemán Heinrich Magnus, el primero en analizar con detalle un fenómeno que ya había sido observado por Newton.

-Estadística. La velocidad del gol

Sendos estudios de las universidades británicas de Bath y Sheffield Hallam coinciden en que la velocidad ideal para anotar está entre los 90 y los 104 kilómetros por hora, especialmente al lanzar un penalti. Así se logra una posibilidad de marcar de un 80 por ciento, mientras que el portero solo tendrá un 10 por ciento de posibilidades de evitarlo. El otro 10 por ciento acaba fuera o estrellándose contra los palos.

-Geometría. El arte de parar la pelota

El arquero debe actuar rápido para parar un penalti: solo cuenta con 450 milisegundos para decidir hacia dónde lanzarse. Para colmo, debe hacerlo antes de que el lanzador golpee el balón. Si acierta, tiene un 80 por ciento de posibilidades de detenerlo. Para ello, debe anticiparse a las intenciones del contrario. Hay dos claves: la dirección del pie de apoyo, que suele coincidir con la de la bola, y el ángulo de la cadera. Y en esta toma de decisiones tiene un papel fundamental un conocimiento -siquiera intuitivo- de algunos principios físicos y matemáticos muy complejos. Ken Bray, científico deportivo de la Universidad de Bath (Reino Unido), lo explica así: «Todo futbolista emplea la geometría, la aerodinámica y la probabilidad».

-Medicina. El frío cura

En los últimos años, la medicina deportiva ha marcado la línea que se debe seguir en los tratamientos de lesiones de ligamentos y musculares, de la que se benefician no solo los deportistas. Pero ahora el esfuerzo se centra en la prevención. La última tendencia es la crioterapia: cortas sesiones de dos o tres minutos en las que el cuerpo se somete a temperaturas extremas, de hasta 200 grados bajo cero. La presión sanguínea se dispara, y el cuerpo libera endorfinas al tiempo que oxigena las células, elimina toxinas... Entretanto se recupera del esfuerzo y de las posibles lesiones que pueda haber sufrido.

-Neurología. Los ojos de Messi son panorámicos

Los profesionales pueden visualizar hasta siete puntos en el campo de juego en tan solo un segundo, frente a los tres puntos que observa un aficionado. Además, el análisis de imágenes de resonancia magnética ha demostrado que el 90 por ciento de la información que reciben los cerebros de los deportistas de élite es visual, frente al 80 por ciento del común de los mortales. También se ha observado que los primeros muestran una mayor actividad en el lóbulo frontal, implicado en la toma de decisiones, y una menor actividad en el sistema límbico, asociado a las emociones.

-Psicología. ¿En tu casa o en la mía?

Jugar en casa o en terreno contrario tiene menos influencia de la que se pudiera pensar, y, además, se ha reducido con el paso de los años. Es la conclusión de un estudio de la Universidad de Westminster que analizó los resultados de más de 6000 eliminatorias de competiciones europeas a lo largo de cinco décadas. Así, en los años 50 y 60 el porcentaje de victorias en casa fue del 57 por ciento, mientras que en las últimas décadas (el estudio abarca hasta 2006) era solo de un 52 por ciento.

El fútbol levanta pasiones hasta en los laboratorios. Cientos de estudios científicos analizan detalles del juego, estadísticas y probabilidades, innovaciones médicas y, últimamente, hasta el cerebro de los jugadores. Uno de los desafíos más recientes es trazar un mapa neuronal de lo que ocurre en la cabeza de un futbolista cuando toma decisiones cruciales en décimas de segundo. Ya se está haciendo con Leo Messi.