Descubren la forma científica de mejorar el juego deportivo

Imagine que la selección nacional de fútbol de su país está jugando el partido final del campeonato mundial de Alemania. El marcador está igualado y ya se ha superado el minuto 90 de partido; transcurren los últimos segundos del tiempo añadido. Su equipo está atacando, el balón recorre la banda camino del área rival, pero la entrada de un defensa lo saca fuera de banda.

El árbitro consulta su cronómetro. Con seguridad este saque de banda va a ser la última jugada del partido. Todos los jugadores de su equipo se mueven en el área rival, buscando desmarcarse para recibir un balón definitivo. Hay más de 30 metros de distancia desde la banda a las inmediaciones de la portería enemiga. Sobre el jugador que va a realizar el saque de banda confluyen millones de miradas y una sola pregunta: ¿cómo conseguirá que el balón llegue hasta la cabeza de sus delanteros?

Esta es una situación hipotética, pero pone de manifiesto que un saque de banda (que implica lanzar el balón hacia adelante con ambas manos desde detrás de la cabeza), siendo lo bastante largo, puede representar un arma poderosa en un partido de fútbol. La cuestión que se plantea es esta: ¿cómo puede un futbolista maximizar el alcance de su saque? En otras palabras: ¿existe un “ángulo óptimo” de saque que haga que el balón llegue lo más lejos posible?

Un viejo problema físico

Estas cuestiones no son nuevas para la física. El estudio del movimiento de proyectiles se remonta a los tiempos de Galileo. La física enseña que el alcance de un proyectil en movimiento parabólico depende fuertemente de la velocidad inicial con la que es lanzado, pero también del ángulo de inclinación del cañón que lo lanza (definido con respecto al plano horizontal del suelo).

De acuerdo con los estudios físicos existe un “ángulo óptimo” de lanzamiento que hace que la distancia recorrida por el proyectil sea la máxima posible. El ángulo óptimo es el resultado de la relación entre la componente vertical de la velocidad del proyectil (que aumenta su tiempo de vuelo) y la componente horizontal (que incrementa la distancia que el proyectil puede recorrer). Su valor teórico es 45º.

La experiencia no sigue la teoría

No obstante, si observamos un partido de fútbol veremos que en un saque de banda realmente largo el ángulo de lanzamiento del balón es siempre inferior a 45º; en torno a 30º, de hecho. La razón de esta discrepancia hay que buscarla en la propia estructura del cuerpo humano, tal y como es estudiada en biomecánica.

El cálculo teórico que establece el ángulo óptimo de 45º para el lanzamiento de un proyectil supone que la velocidad de lanzamiento y el ángulo de lanzamiento son independientes; en efecto, un cañón puede disparar con igual velocidad, con independencia del ángulo, entre 0º y 90º. Pero esto no es posible en el caso de un deportista, ya que la conformación del cuerpo humano no permite el mismo margen de inclinaciones posibles de un cañón.

Estudios biomecánicos

Para estudiar cómo la velocidad de saque de banda de un futbolista varía con el ángulo de lanzamiento, el experto en biomecánica Nick Linthorne ha utilizado una videocámara y programas específicos de análisis informático. Ha concluido que los futbolistas estudiados eran capaces de lanzar el balón considerablemente más rápido en ángulos siempre inferiores a 45º.

Esto es así porque, por su propia configuración, los músculos de los brazos y de la espalda, implicados en el saque de banda, permiten ejercer un mayor empuje en la dirección horizontal que en la vertical. Si quiere convencerse de ello intente lanzamientos similares en varios ángulos. Comprobará que es mucho más fácil lanzar un balón directamente hacia adelante que lanzarlo hacia arriba.

Estos estudios tienen en cuenta tanto la resistencia aerodinámica como la rotación del balón, aunque se trata de efectos muy pequeños. El ángulo óptimo de lanzamiento también puede variar de un jugador a otro, debido a la longitud particular de sus brazos, a su fuerza muscular y a su técnica de lanzamiento. En cualquier caso, la mayoría de los jugadores estudiados alcanzan su ángulo óptimo de lanzamiento entre 25º y 35º, siempre por debajo de 45º.

Otros deportes

Por supuesto, el fútbol no es el único deporte que implica lanzamientos. Linthorne ha estudiado también el caso del lanzamiento de peso. Aquí, la teoría física del deporte predice que el ángulo óptimo de lanzamiento es de unos 41º (inferior a 45º debido a que el lanzamiento del peso se realiza a unos 2 metros de altura sobre el suelo). Pero los experimentos prácticos muestran otra cosa: los mejores lanzadores del mundo realizan sus lanzamientos en ángulos de aproximadamente 30º.

Además, Andreas Maheras, de la Universidad de Kansas, encontró que a medida que el ángulo aumenta entre 20º y 60º, el lanzamiento se realiza con una velocidad inicial menor. El ángulo óptimo se situaría entre 32º y 35º. Como en el caso del saque de banda en fútbol, la estructura del cuerpo humano favorece el lanzamiento en la dirección horizontal en lugar de la vertical.

Para convencernos de este hecho, consideremos sólo la fuerza en la parte superior del cuerpo: la mayoría de los deportistas, en sus entrenamientos, pueden levantar más peso en un banco de ejercicio pectoral (que requiere fuerza horizontal con relación al cuerpo), que en un ejercicio de hombros (que requiere fuerza vertical).

Los estudios de Linthorne con lanzadores de peso, representan la continuación de estudios anteriores realizados por Ed Red, de la Universidad de Nuevo Méjico, en la disciplina del lanzamiento de jabalina. Aunque analizar el vuelo de una jabalina requiere ecuaciones más complicadas, por ser altamente aerodinámica, se puede obtener una buena aproximación que relaciona el ángulo de lanzamiento y la velocidad de salida de la jabalina. En este caso el ángulo óptimo de lanzamiento es de unos 37º.

El cuerpo como proyectil: salto de longitud

Los mismos estudios biomecánicos se pueden plantear en otras disciplinas atléticas como, por ejemplo, el salto de longitud, donde el propio saltador actúa como si fuese un proyectil en vuelo libre. El saltador adquiere su velocidad de proyección para el salto combinando la velocidad horizontal que logra durante la carrera con el impulso vertical que genera en la batida.

Corriendo a toda velocidad y saltando tan hacia arriba como pueda un saltador desarrolla una velocidad de proyección de unos 10 m/s (36 km/h), pero logra ángulos de proyección hasta un valor de sólo 25º. Para conseguir ángulos de proyección más elevados debe realizar una carrera más lenta, lo que hará que su velocidad de proyección sea menor.

Linthorne ha estudiado la relación entre la velocidad de proyección y el ángulo de proyección en tres saltadores de élite mundial y calcula un ángulo óptimo de proyección en la batida con un valor que oscila entre 20º y 25º.

La puesta en práctica de los estudios

La utilidad práctica actual de todos estos estudios es, no obstante, limitada. En muchos casos, para lograr su ángulo óptimo de salto o de lanzamiento los deportistas recurren simplemente al método habitual de ensayo y error. La presencia de un científico biomecánico que les sugiera posibles formas de mejorar significativamente su rendimiento parece complicar en exceso la rutina del entrenamiento. A pesar de ello, los estudios biomecánicos no dejan de avanzar y de acercar la física a la vida diaria, en este caso a la actividad deportiva.

Todo el mundo está de acuerdo en que actualmente el deporte representa un gran negocio en el que se manejan cantidades increíbles de dinero. Esto permite a numerosos científicos de talento poder realizar su carrera dentro de la biomecánica, contribuyendo al desarrollo de la “ingeniería” deportiva, a través del diseño de aparatos de entrenamiento cada vez mejores y más efectivos, y de dispositivos más adecuados para mejorar el rendimiento de los deportistas.


Mario Toboso es Doctor en Ciencias Físicas por la Universidad de Salamanca y miembro de la Cátedra Ciencia, Tecnología y Religión de la Universidad Pontificia Comillas. Editor del Blog Tempus de Tendencias21 y miembro del Consejo Editorial de nuestra revista.