Conceptos de física relacionados al patinaje artístico sobre hielo

Fricción

La fricción se debe a que las moléculas de ambas superficies se adhieren unas con otras, y cuando las superficies tratan de alejarse se resisten a romper esos vínculos. Cuanto más ásperas e irregulares son las superficies, con más facilidad entran en contacto sus moléculas con las de la otra superficie, y por tanto, mayor es la fuerza de fricción que ejercen. 

A un nivel, la diferencia entre bailar en el suelo y patinar sobre hielo es la fricción. La suavidad del hielo ofrece muy poca resistencia contra los objetos, como los patines de hielo, que se deslizan por toda la superficie. En comparación con un piso de madera, la fricción del hielo es muchísimo menor, el bajo nivel general de fricción de una patinadora de hielo le permite deslizarse por la superficie suavemente sin parar la fricción del movimiento tan pronto como haya empezado. Al mismo tiempo, si no existiera fricción alguna sobre hielo, el patinaje sería imposible, por que la fricción entre el patín y el hielo, lo que permite al patinador impulsarse para iniciar el movimiento para empezar y esta misma es lo que le permite pararse.

Fricción al patinar.

Inercia

Recordando la primera ley de Newton: un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento a menos que actúe una fuerza en su contra. Este concepto se conoce como inercia, y es por eso que los patinadores sobre hielo, con tan baja fricción, tienden a permanecer en movimiento a menos que usen fuerza para detenerse a sí mismos.

Deslizamiento en el hielo.

Tercera ley de Newton

Es uno de los principios más conocidos de la física que explica que, para cada acción existe una reacción igual y opuesta, que fue descubierta por Issac Newton. Y es esta idea la que permite a los patinadores desplazarse por el hielo. Al impulsarse contra el hielo o “golpear” con sus patines, están aplicando una fuerza hacia abajo y atrás contra el suelo. Bien, al empujar el suelo hacia atrás, suministra una fuerza hacia adelante y arriba que impulsa al patinador a deslizarse o saltar, dependiendo de la fuerza aplicada. Dado que el impulso hacia adelante es resistido por una leve fricción del hielo, el patinador puede deslizarse fácilmente.

Chica Saltando.

Velocidad angular

La velocidad angular o velocidad de giro que puede ser medida en revoluciones o número de vueltas por segundo.

Cantidad de giros que realiza una patinadora artística.

Momento de inercia

El momento de inercia de un objeto, toma en cuenta que tan cerca o lejos están del eje de giro las masas que forman al cuerpo. Por ejemplo, dos masa que un kilogramo cada una, girando a las mismas revoluciones por segundo ambas, pero una más alejada del eje de giro que la otra, se distinguen en que la más alejada tiene más momento de inercia.

Momento angular

El momento angular, es aquel que une a la inercia con la velocidad angular para incorporarlos en la descripción del movimiento. Lo interesante es que cuando no hay torca un cuerpo girando en el vacío conserva su momento angular y como en el hielo y en el aire hay muy poca fricción, ocurre lo mismo. Este efecto es aprovechado por los patinadores para iniciar un giro con los brazos abiertos y las piernas separadas, logrando giros más rápidos o más lentos conforme acercan o se alejan partes de su cuerpo del eje de giro.

Patinadora realizando giros de 360° en el aire.

Conservación de la cantidad de movimiento angular

Una patinadora que realiza un giro sobre las puntillas de sus patines, gira con una rapidez relativamente baja cuando sus brazos están extendidos; cuando junta sus brazos al tronco gira mucho más rápido, a partir de la definición de momento de inercia, es claro que cuando junta los brazos para acercarlos al eje de rotación, se reduce para los brazos, así que su momento de inercia se reduce, y como el momento angular permanece constante, se ignora la pequeña torca debido a la fricción, si la inercia disminuye entonces la velocidad angular debe aumentar, si la patinadora reduce su momento de inercia por un factor de 2, entonces girará con el doble de la velocidad angular. Para que la cantidad de movimiento angular se mantenga, la torca neta debe ser cero, pero la fuerza neta no necesariamente es cero.

La ecuación que la rige es la siguiente:

I=mr^2

I = la inercia

m= la masa 

r= la distancia

Donovan Carrillo girando en su propio eje.