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Efecto balancín: un nuevo mecanismo para comprender las mejoras relacionadas con el calzado en las carreras de larga distancia

Nigg, Benno M., Sasa Cigoja, and Sandro R. Nigg. “Teeter-totter effect: a new mechanism to understand shoe-related improvements in long-distance running.” (2020).

http://dx.doi.org/10.1136/bjsports-2020-102550

El efecto de la construcción de la entresuela de la zapatilla sobre el rendimiento en la carrera se discutió con referencia a las Nike Vaporfly 4%. Los doctores Burns y Tam describieron el grosor de la entresuela como la principal característica del calzado para correr que contribuye a los cambios en el rendimiento. Aquí, destacamos el papel de la placa de fibra de carbono curva incrustada en la entresuela e introducimos un nuevo efecto en la mecánica de carrera, el “efecto balancín”.

Durante el contacto con el suelo al correr, el punto de aplicación de la fuerza de reacción del suelo se mueve hacia delante durante la segunda mitad del contacto con el suelo hacia el extremo delantero de la placa de fibra de carbono curva. Sugerimos que, en esta posición, la fuerza de reacción del suelo produce una fuerza de “reacción” en el talón en dirección hacia arriba (perpendicular a la dirección de la placa; Fig. 1).

Fig. 1 – Ilustración esquemática del efecto balancín que incluye el punto de aplicación de la fuerza de reacción del suelo (círculo completo rojo) y su traslación (círculo y línea discontinuos rojos), la fuerza aplicada del corredor (flecha negra) en la parte delantera de la zapatilla y la fuerza de reacción en el talón del pie (flecha roja) durante la posición inicial / media (orientación izquierda) y el empuje (orientación derecha). Imagen modificada de nike.com.

Si la curvatura de la placa está diseñada correctamente, el efecto balancín dará como resultado una fuerza durante el empuje que actúa en el lugar correcto (talón del pie), en el momento correcto (durante el despegue) y con la frecuencia correcta (dependiendo de la velocidad de carrera y el tiempo de contacto con el suelo en algún lugar entre 2 y 4 Hz).

Esta fuerza del talón probablemente contribuya sustancialmente a mejorar la economía de carrera. Para mejorar al máximo el rendimiento con la placa de fibra de carbono curva, se requieren tres características principales:

  1. La rigidez de la placa curva debe ser tal que la fuerza de reacción del suelo resultante se mueva lo suficientemente hacia delante durante la fase de apoyo de la carrera.
  2. El punto de pivote (alrededor del cual tiene lugar el efecto de balancín) no debe ubicarse demasiado hacia delante, permitiendo que la suela de la zapatilla actúe como punto de apoyo.
  3. La curvatura de la suela de la zapatilla en el antepié debe ser sustancial pero tampoco demasiado extrema para permitir el efecto de balanceo deseado.

Se han realizado estimaciones de modelo de la magnitud de este efecto de vaivén para un prototipo de zapatilla de maratón (Salomon Group, Annecy, Francia). El efecto de las diferentes curvaturas de las placas de carbono se evaluó utilizando un modelo dinámico de elementos finitos (FE) de la pierna descrito anteriormente.

Estas estimaciones del modelo mostraron un aumento en el rendimiento y un desplazamiento hacia adelante del punto de aplicación de las fuerzas de reacción del suelo para la placa de fibra de carbono (curva). Esta simulación mostró un aumento de la fuerza que actúa sobre el talón en la fase de propulsión de la marcha.

Este mismo modelo de pierna se usó luego en las Nike Vaporfly NEXT% en un estudio preliminar y se predijo una ganancia del 6% en el rendimiento en comparación con una zapatilla para correr “normal”. Aunque el punto de aplicación de las fuerzas de reacción del suelo se desplazó un poco más hacia adelante con las Nike Vaporfly Next%, la mayor parte de la ganancia se debió a un aumento en la fuerza que actúa sobre la parte del talón del pie durante la fase de propulsión de la marcha. Esta ganancia del 6% coincidió con los resultados de un estudio de campo dirigido por los equipos de Salomon Footwear.

Este estudio mostró que, al considerar a los corredores regulares (a diferencia de los corredores de maratón de élite), la zapatilla Nike Vaporfly NEXT% ayudó a estos corredores a acortar su tiempo de carrera en un 6% en sus rutas habituales de entrenamiento de carrera. Por tanto, los resultados del modelo de pierna (representativo de corredores de nivel medio) se correlacionaron con los resultados de las pruebas de campo. Estos datos no publicados y los resultados del modelo de EF destacan lo que especulamos que es el mecanismo clave que contribuyó a un mayor rendimiento de carrera: la placa curva.

Estas placas curvas pueden modificarse para producir tiempos de maratón aún más rápidos. Las mediciones de presión dentro de la zapatilla en la zapatilla son una forma simple de cuantificar el efecto de balanceo durante la carrera. En comparación con una zapatilla “normal”, el uso de una placa curva debería producir una mayor presión de despegue en el talón durante la fase de despegue. Debido a la mejora de alto rendimiento predicha por el modelo FE en comparación con estudios informados anteriormente, 5 estudios independientes deberían investigar cómo los cambios sistemáticos en la curvatura de la placa afectan el rendimiento de carrera en el futuro.

Consideremos el tacón alto de las Nike Vaporfly 4% en relación con el efecto balancín. El tacón alto probablemente mueve la fuerza de reacción del suelo resultante hacia adelante durante el despegue. Esto corresponde a un aumento del efecto de balanceo y a un aumento de la fuerza que actúa sobre el talón, por lo tanto, más propulsión. El tacón alto también permite el uso de una placa más curva, lo que aumenta el efecto de vaivén. Sobre la base de estos cálculos del modelo, uno debería concluir que la placa rígida curva y el efecto de balanceo resultante contribuyen en gran medida a los tiempos de carrera más rápidos que el mundo ha visto en los atletas que usan las Nike Vaporfly 4% y cualquier otro calzado construido de manera similar. Estas azadas podrían impulsar el talón del pie durante el despegue y, por lo tanto, explicar las mejoras en la economía de carrera del 4% al 6% en comparación con las zapatillas normales.

CONCLUSIÓN

Discutimos el dogma actual de que los récords mundiales recientes en 100 km, maratón, media maratón y 15 km se rompieron únicamente debido al aumento del grosor de la suela media. Sostenemos que el efecto del grosor de la suela intermedia es aproximadamente del 1% .

Proponemos que un uso apropiado de una placa de fibra de carbono curva es el principal contribuyente a las mejoras en el rendimiento de carrera, y que estas mejoras pueden fácilmente ser del 6%. Por lo tanto, parece inapropiado regular una característica específica del calzado antes de comprender dónde se originaron estas ventajas de rendimiento. Sin embargo, nuestro conocimiento actual sugiere que, en comparación con el efecto balancín, todas las demás contribuciones de las características del calzado al rendimiento son pequeñas e insignificantes.