Carlos Alcaraz y la ciencia del tenis

Hace más de treinta años, en la pista número seis del Murcia Club de Tenis, jugué ante una joven promesa de tenis regional. Comencé ganando los cuatro primeros juegos de aquel partido perteneciente al torneo “Manuel Alonso” y pensé que la victoria iba a ser fácil. Nada más lejos de la realidad. No hice un juego más en todo el partido. Pues bien, hoy el hijo de aquel chaval no solo cumple 18 años sino que lo celebra jugando contra Rafa Nadal en ha debutado en el Open de Madrid. Sí, lo han acertado. Mi rival en los años ochenta fue el padre del jugador de moda en el tenis internacional, el murciano Carlos Alcaraz. ¿Ha evolucionado el tenis gracias a la ciencia y la tecnología?

Una de las disciplinas científicas presentes en este deporte es la química. Actualmente gracias al poliéster las camisetas no se arrugan o encojen como cuando eran de algodón. También son más livianas, resistentes y absorben menos humedad, lo que provoca que el rendimiento físico mejore en determinadas condiciones atmosféricas. Un compuesto que ha revolucionado la ropa deportiva es el elastano, una fibra sintética conocida por su excepcional elasticidad. Otro material muy presente en el tenis es la poliamida, un polímero que se usa para las muñequeras o las cintas del pelo. También gracias a la química del poliuretano la publicidad va serigrafiada en la ropa del deportista y no cosida a la ropa como antaño. 

La ciencia de los nuevos materiales está muy presente en el tenis. Las primeras raquetas de madera se fabricaron en 1934. Sus marcos eran muy pesados, duraban poco y vibraban muchísimo, lo que provocaba la lesión conocida como “codo de tenista”. Es fascinante que Manolo Santana o Billie Jean King mostrasen tan alto nivel tenístico con raquetas de madera. Luego llegaron las raquetas de acero, de aluminio (como la famosa Wilson T–3000 de Jimmy Connors), de grafito, de fibra de vidrio, de titanio, de nanotubos de carbono… con estos materiales las vibraciones fueron desapareciendo, se consiguieron marcos más rígidos, ligeros y resistentes y se incrementó la estabilidad y la potencia de las raquetas. La ciencia de los materiales también es clave en el cordaje usado en las mismas.

Por otra parte, cada vez más jugadores recurren a la telemetría. Para tener información sobre su juego introducen diferentes dispositivos (acelerómetros, giroscopios, sensores de vibración) en sus raquetas y muñequeras. Dichos dispositivos informan de la fuerza del impacto, de la dirección con la que la bola sale de la raqueta, del efecto que se le imprime a la bola, etc. Con esta información los entrenadores analizan y mejoran el juego de sus pupilos.

Una de los momentos más espectaculares del tenis moderno se produce cuando el árbitro  recurre a la tecnología del famoso “Ojo de Halcón”. Consiste en diez cámaras situadas alrededor de la pista que cuentan con sensores de alta resolución y una tasa de FPS bastante alta. Gracias a sistemas de triangulación de imágenes, las capturas de las cámaras son procesadas por una unidad central, que se encarga de generar un mapa 3D de la pista y de recrear la trayectoria de la bola. Así se analiza el bote de la bola para dictaminar si ha entrado dentro de los límites de la pista o no. El margen de error de esta tecnología ronda los tres milímetros, una cifra realmente baja. Pagaría por ver a McEnroe o a Venus Williams pelearse con el “Ojo de Halcón”.

¿Hay física en el tenis? Muchísima. Uno de los golpes preferidos de Carlos Alcaraz es el passing shot con el que supera a sus rivales cuando suben a la red. Analicémoslo científicamente.

Inicialmente la pelota golpeada por el murciano sigue la primera ley de Newton, según la cual un cuerpo se mueve en la misma dirección y a la misma velocidad hasta que se le aplica una fuerza externa. La primera impresión de sus rivales es que los passing shots de Carlos se van muy lejos de los límites de la pista. De pronto la bola empieza a curvarse y entra, dejando boquiabiertos a sus oponentes. ¿Quién explica ese comportamiento? La mecánica de fluidos. Cuando Carlos Alcaraz golpea la pelota no solo le imprime una gran fuerza, sino que también la rota lateralmente gracias a un poderoso efecto liftado. Esto provoca que, en un lado de la pelota, el aire se mueva en dirección contraria al giro de la misma, aumentando la presión. En el otro lado de la bola el aire se mueve en la misma dirección del giro de la pelota, creando un área de baja presión. La diferencia de presiones provoca la aparición de una fuerza perpendicular a la dirección de la corriente de aire. Esta fuerza hace que la pelota cambie bruscamente su trayectoria y se curve hacia la zona de baja presión. Así, la bola de Carlos entra en la pista cuando inicialmente parecía que se iba a ir lejísimos. Sus oponentes flipan. A este fenómeno físico se le conoce como “Efecto Magnus” y al golpe así efectuado se le llama “Banana–shot”.

Podría seguir escribiendo de la tecnología de fabricación de las pelotas de tenis, de la psicología del jugador, de cómo influye la meteorología en el tenis, de la geología de las pistas de tierra batida, de la neurociencia del tenista, del Big Data… y es que “en un solo partido de tenis hay más disciplinas científicas que en el mejor de los laboratorios”. Pero por mucho que se conozca la ciencia que hay detrás del tenis, sin el talento y la calidad del tenista no se ganan partidos… y de talento y calidad la familia Alcaraz van sobrados.

Estimados lectores, las raquetas, la ropa o las pelotas que está empleando esta semana Carlos Alcaraz en Madrid no tienen nada que ver con las que usó su padre el día que me barrió de la pista hace más de treinta años. Espero que dentro de otras tres décadas el progreso científico-tecnológico deje atrás al tenis actual. Será buena señal.

Jose

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La Ciencia de la Catedral de Murcia

Hace unos días la Universidad de Murcia anunció que el próximo curso implantará la doble titulación de Matemáticas y Física. El alumnado asistirá a clases teóricas y prácticas en aulas y seminarios pero… ¿podría usarse uno de nuestros monumentos más queridos, la Catedral de Murcia, como un majestuoso laboratorio donde los alumnos, además de contemplar maravillosas obras de arte, reciban nociones de estas dos disciplinas científicas? Por supuesto.

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Jose

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[VÍDEO]: “Efectividad del ácido hialurónico en cosmética” (Un científico en el supermercado (IV))

Hoy les traigo mi última colaboración en UPPERS , una web perteneciente a Mediaset destinada principalmente a gente que supera los 45 años. Como ustedes saben hace unas semanas comencé una video-serie de divulgación científica centrada en el mundo de la alimentación y la cosmética. Lleva por nombre “Un científico en el supermercado”.

  • En el primer vídeo les hablé de curiosos complementos alimenticios que se están comercializando para reforzar el sistema inmunitario (ver aquí).
  • En la segunda entrega les conté cómo se elaboran las cervezas sin alcohol (ver aquí).
  • En el tercer vídeo les conté los mitos y realidades de los alimentos funcionales para reducir el colesterol (ver aquí).
  • Pues bien, hoy les hablo de belleza. Concretamente me centro en las diversas formas de aplicación del famoso ácido hialurónico y en las diferencias de efectividad entre todas ellas.

Pinchen en la siguiente imagen para ver el cuarto video de este proyecto en UPPERS  y dejen sus opiniones en los comentarios a este post.

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“Mitos y realidades en torno a la salud y la alimentación” [Podcast]

Es bien conocida la relación entre buena alimentación y buena salud. Sin embargo, la interpretación de esta obvia afirmación ha dado lugar a no pocos equívocos. Es frecuente oír hablar de dietas con supuestos resultados extraordinarios pero carentes de base científica, o de alimentos que hay que evitar taxativamente, o, por el contrario, consumir compulsivamente. Y mientras tanto, la obesidad se ha convertido en una epidemia mundial e ignoramos que numerosas enfermedades podrían evitarse mediante una buena alimentación.

Pues bien, para hablar de todos estos temas hace unas semanas estuve en la Fundación Juan March (Madrid) participando en el debate “Mitos y realidades en torno a la salud y la alimentación”. También participaron Alfredo Martínez, catedrático de Nutrición y Bromatología de la Universidad de Navarra, y los prestigiosos periodistas Antonio San José e Íñigo Alfonso.  

Durante una hora analizamos las características de una dieta sana, los alimentos que nos protegen, los alimentos problemáticos o la influencia de la industria alimentaria en una buena alimentación, entre otros temas. Fue un evento sumamente interesante que quedó registrado en este podcast que hoy les traigo a Scientia y que pueden escuchar pinchando en la siguiente imagen. Espero que les guste.

Jose

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“El futuro de la profesión química” [Vídeo]

Les traigo hoy a SCIENTIA una conferencia muy especial. Se trata de “El futuro de la profesión química”, una charla impartida por uno de mis grandes referentes en el mundo de la química: Javier García Martínez, Catedrático de Química Inorgánica y Director del Laboratorio de Nanotecnología Molecular de la Universidad de Alicante donde ha desarrollado una extensa labor docente e investigadora en nanomateriales y en su aplicación en el sector energético.

Javier, amigo desde hace años, también es presidente de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC),la prestigiosa organización que gobierna la Química internacional. Sinceramente, no conozco nadie mejor que Javier para hablar del futuro de la química, la reina de las disciplinas científicas (ahí lo dejo). Espero que les guste.

Jose

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[VÍDEO]: “ALIMENTOS FUNCIONALES PARA REDUCIR EL COLESTEROL” (Un científico en el supermercado (III))

Hace unas semanas arranqué en UPPERS , una web perteneciente a Mediaset destinada principalmente a gente que supera los 45 años, una serie de vídeos de divulgación científica centrados en el mundo de la alimentación y la cosmética. La serie lleva por nombre “Un científico en el supermercado”.

Si en el primer vídeo les hablé de curiosos complementos alimenticios que se están comercializando para reforzar el sistema inmunitario (ver aquí) y en la segunda entrega les conté cómo se elaboran las cervezas sin alcohol (ver aquí), en este tercer vídeo les cuento los mitos y realidades de los alimentos funcionales para reducir el colesterol. Me refiero esos famosos botecitos de leches fermentadas o a las margarinas que prometen bajar sus niveles de colesterol. ¿De verdad reducen el colesterol? ¿Tienen efecto significativo sobre la salud cardiovascular? ¿Hay alimentos en la dieta tradicional que posean efectos similares?

Pinchen en la siguiente imagen para ver el tercer video de este proyecto en UPPERS  y dejen sus opiniones en los comentarios a este post.

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La ciencia de los fuegos artificiales

Hace una semanas se celebró la festividad de San José. Por culpa de la pandemia este año no pudimos disfrutar de los espectaculares castillos de fuegos artificiales que en muchas localidades dejan embobados a grandes y pequeños. En honor a este espectáculo de pólvora, luz y color, he decidido escribir sobre la ciencia que hay detrás de esta tradición popular. 

La mayoría de los fuegos artificiales están formados básicamente por la mezcla de una sustancia que aporta oxigeno (agente oxidante) y un combustible (agente reductor). Cuando se aplica calor, se produce una reacción de óxido-reducción que libera energía y desencadena una serie maravillosos procesos químicos y físicos

El principal compuesto químico que se usa es la pólvora negra. Inventada por los chinos hace más de mil años y reinventada en Europa por el inglés Roger Bacon (monje y alquimista) durante la Edad Media, la fórmula secreta fue revelada en 1242 durante su defensa contra las acusaciones de brujería: 7 partes de salitre, 5 de carbón vegetal  y 5 de azufre. Esta fórmula evolucionó en el siglo XVIII a 75% de nitrato de potasio, 15% de carbón vegetal y 10% de azufre. En el caso de la pirotecnia, la receta explosiva se cambia un poco. Se sustituye el nitrato por clorato de potasio, ya que su combustión junto al azufre y el carbón se produce de forma más rápida. La mezcla es tan estable que puede almacenarse durante decenas de años sin sufrir ningún deterioro, siempre que se mantenga seca y a bajas temperaturas.

Cada componente de la pólvora tiene su función. El clorato potásico actúa como oxidante. Es el encargado de generar el oxígeno que reaccionará en la reacción de combustión. El carbono y el azufre son los elementos reductores. Son los responsables de actuar como combustibles para reaccionar con el oxígeno molecular liberado por el oxidante, dando lugar a la producción de grandes cantidades de gases calientes.

No solo se emplea la pólvora en la elaboración de un cohete. También sales metálicas que proporcionan los diferentes colores que vemos en el cielo. Para el rojo se usa cloruro de litio o nitrato de estroncio; para el amarillo intenso sales de sodio; para el verde nitrato de bario; para el naranja cloruro de calcio; para el dorado polvo de hierro o zinc; para el blanco sales de magnesio o aluminio; para el azul nitrato de cobre; para el violeta una mezcla de nitrato de estroncio (rojo) y cobre (azul) y para los destellos blancos y plateados se emplea titanio. Pero además de diferentes colores, los elementos químicos también aportan otros efectos a los fuegos artificiales. El magnesio incrementa el brillo y la luminosidad; el antimonio deja una nube de partículas brillantes como si fueran purpurina y el calcio aumenta la intensidad de los colores obtenidos. 

Como decía un profesor de Química Inorgánica en la Universidad de Murcia, “un castillo de fuegos artificiales es una Tabla Periódica en el cielo”.

Fuente de la imagen: REVISTA QUO

Pero, para producir color, la química necesita apoyarse en otra gran disciplina científica: la física. Lo hace a través de dos propiedades: la incandescencia y la luminiscencia. La incandescencia es la emisión de radiación como consecuencia de que el cuerpo emisor está a alta temperatura. El problema que tiene la incandescencia es que los únicos colores que se pueden producir son los rojizos/amarillos, o si la temperatura es muy alta, el blanco. Este problema se supera gracias a la luminiscencia, la propiedad que tienen ciertos cuerpos de emitir luz tras haber absorbido energía de otra radiación sin elevar su temperatura. Gracias a ella pueden obtenerse todos los colores del espectro visible.

¿Cómo son los cohetes de fuegos artificiales? Suelen tener dos cámaras. En cada una de ellas se produce una explosión. La primera cámara tiene una carga de pólvora y una salida por la parte inferior que es la que impulsa el proyectil hacia el cielo. La segunda cámara del cohete explota en el cielo al quemarse por completo la primera. En ella es donde se encuentran las sales que dan lugar a los colores y formas especiales (anillos, palmeras, etc.). Para disparar los cohetes antiguamente se pinchaban en el suelo y una persona encendía la mecha. Ahora se emplean tubos que se disparan a distancia mediante ignición eléctrica. Así se gana en seguridad y se logra controlar la trayectoria del cohete y el ritmo del espectáculo. 

¿Por qué unos efectos luminosos duran más que otros en el cielo? Cuestión de tamaño. Las partículas metálicas más grandes mantienen su calor durante más tiempo que los polvos finos y pueden proseguir su combustión tomando el oxígeno del aire. Estas partículas producen chispas blancas, en vez de un fogonazo instantáneo. Cuanto mayores son las partículas, más duran las chispas.

¿De donde proceden los silbidos que se oyen en algunos fuegos artificiales y que tanto gustan a grandes y pequeños? Ciertas mezclas de perclorato potásico como oxidante y una sal de ácido orgánico (como el salicilato de sodio) son capaces de arder capa a capa y producen emisiones intermitentes de gas. Comprimidas estas mezclas en unos tubos de pequeño diámetro, los rápidos chorros sucesivos del gas que emiten producen silbidos.

¿Y de dónde salen las estrellas u otros efectos que se ven en el cielo? Del dibujo que previamente se haya hecho en el cohete. Las asombrosas formas y las direcciones que toman se deben a una mera cuestión de diseño de los cartuchos y de cómo se organiza en su interior la pólvora y el resto de sustancias.

Estimados lectores, me fascinan los grandes avances científicos. Es maravilloso ver cómo logramos posar una nave en Marte o como, en tiempo record, somos capaces de desarrollar vacunas contra un terrible virus. Pero los habituales de esta sección saben que también soy un fiel defensor de la ciencia de la vida cotidiana. La encontramos en nuestras necesidades diarias, en nuestros hobbies y, como hoy les he mostrado, en algo tan querido como nuestras tradiciones populares

Jose

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