L'altura i la posició del cos, les dues claus per llançar-se a l'aigua sense fer-se mal

És comú veure animals submergir-se a l'aigua a gran velocitat per menjar o fugir dels depredadors. Els humans, en canvi, ens capbussem a l'aigua com a activitat esportiva -en el cas dels nedadors- o també per diversió i per gaudir d'emocions fortes.

La forma com saltem a l'aigua, l'altura de la plataforma i la velocitat de l'impacte provoquen moviments de fluids inestables, el que es coneix en el camp de la física com a hidrodinàmica, que posen en risc el nedador de cara a patir lesions musculars o òssies.

Són algunes de les conclusions d'un estudi d'investigadors de les universitats de Cornell i de New Chester que ha publicat la revista Science.

Utilitzant models 3D que emulen la morfologia humana i de diversos animals, mostren que la clau d'un salt segur és l'altura i la posició en què s'entra a l'aigua.

"A mesura que un objecte perfora la interfície aire-aigua i es mou a través de la massa líquida, presenta esdeveniments fenomenològics rics: esquitxades, cavitacions, pessigaments i ondulacions, que es reparteixen en múltiples escales de longitud i temps".

"La mesura de la força d'impacte dinàmica mostra un ràpid augment de la magnitud immediatament després de l'impacte, que dona lloc a grans valors d'impuls que poden causar lesions greus."

Comparar la morfologia humana i animal

Els ocells que se submergeixen a l'aigua per menjar, com els mascarells, utilitzen la densa capa de plomes del cap per distribuir la força de l'impacte al coll, que es doblega a l'entrar a l'aigua. Això evita que tinguin lesions.

Els humans, però, no tenim característiques anatòmiques semblants per amortir l'impacte. Per això som propensos a patir lesions relacionades amb els salts. De fet, als Estats Units són una de les principals causes de lesions al cap i la medul·la espinal.

"Una lesió en la fase de cop pot perjudicar la capacitat del nedador per arribar a la superfície amb seguretat. Entendre les forces hidrodinàmiques d'aquesta fase és fonamental."

Per tal d'estudiar-ho, els investigadors han creat models 3D que simulen la morfologia de diversos tipus d'animals: el cap d'una marsopa, el bec d'un mascarell i el peu d'una sargantana.

En les immersions humanes, han utilitzat formes anàlogues a les animals per simular diferents salts. El cap humà -corresponent a la immersió de la marsopa-, les mans i les extremitats inferiors -el bec del mascarell- i, finalment, els peus -la sargantana-.

L'altura crítica depèn del tipus d'immersió

Mitjançant l'anàlisi hidrodinàmica, els científics conclouen que quan ens llancem amb el cap, l'altura crítica per patir lesions són els 8 metres.

En aquestes immersions, normalment accidentals, el crani xoca directament amb l'aigua. Això pot provocar lesions cerebrals mortals.

"La força de cop presenta un comportament no monòton, i arriba al pic immediatament després de l'impacte."

Quan el salt es produeix primer amb les mans, l'altura crítica són els 12 metres.

"La capbussada orientada amb la mà condueix a una entrada d'aigua suau i evita l'impacte directe al cap. Des de diferents altures, observem que el comportament força-temps té una similitud qualitativa amb les forces de cop del bec del mascarell".

No obstant, quan se submergeixen primer els peus, l'altura crítica de la lesió és d'uns 15 metres.

"L'impacte de superfícies planes provoca un augment instantani de l'àrea de contacte entre el sòlid i l'aigua, que dona lloc a un fort pic en la mesura de la força."

"Sempre que l'altura de busseig és tal que la força de cop supera la força de compressió crítica dels músculs, lligaments o ossos, es produeixen lesions."

Com més velocitat, més risc

Els científics expliquen que, com que l'aigua és mil vegades més densa que l'aire, el canvi d'un estadi diluït a un de molt dens comporta un fort impacte.

Els investigadors han calculat el risc de lesions analitzant la relació entre les forces òssies o musculars i la postura al capbussar-se. Per exemple, un salt de cap produeix lesions als ossos cervicals. En les immersions amb les mans al davant, el cos i el cap es protegeixen amb la cavitat d'aire que creen les extremitats. La zona més vulnerable, en aquest cas, és la clavícula. I si se submergeixen amb els peus, són els lligaments dels genolls els que poden patir més.

El risc de patir lesions és més elevat en funció de la velocitat a què es capbussa el nadador.

Les aplicacions de la hidrodinàmica

Els autors esperen que el seu model segueixi millorant i impulsant el desenvolupament de nous dissenys d'enginyeria relacionats amb la transició entre el medi aeri i l'aquàtic.

L'interès de la comunitat científica per la hidrodinàmica es va expandir després de la Segona Guerra Mundial, per la seva aplicació en el disseny de caps nuclears.

A una escala més petita i menys lesiva, la hidrodinàmica ajuda a explicar com els amfibis caminen sobre l'aigua i també es pot aplicar al món esportiu, en la millora del rendiment dels nadadors o del disseny dels rems.