Resumen

En este proyecto, exploramos la física detrás de un tiro de tres puntos en baloncesto, calculando diversos parámetros relacionados con la trayectoria del balón. Utilizando el software “Tracker”, realizamos un análisis detallado para determinar la fuerza requerida para el lanzamiento. Nuestro enfoque se centró en la comparación de los datos obtenidos experimentalmente con las predicciones teóricas.

A lo largo del experimento, logramos calcular con precisión la fuerza necesaria para el tiro de tres puntos. Además, durante el proceso de análisis, identificamos fenómenos que influyeron en nuestros datos, como la fricción. Estos hallazgos resaltan la importancia de considerar factores ambientales y variables no ideales en el estudio de trayectorias de proyectiles. En última instancia, este proyecto contribuye a una comprensión más profunda de la física detrás del tiro en baloncesto y demuestra la utilidad de las herramientas de análisis en el deporte y la ciencia.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

La física es una disciplina cuyo potencial abarca una amplia variedad de campos, y su aplicación en el ámbito deportivo es una evidencia de su versatilidad. En particular, la física proporciona un marco valioso para el análisis y la optimización de diversas habilidades deportivas, donde la precisión y el rendimiento son fundamentales. En este proyecto, nos centramos en la exploración de los principios físicos que rigen la mecánica de un tiro de tres puntos en baloncesto. Nuestra meta es determinar con exactitud la fuerza requerida para realizar un tiro de tres puntos con éxito, considerando factores como la distancia, el ángulo, la velocidad inicial, la gravedad y la resistencia del aire.

A través de este estudio, buscamos desentrañar los aspectos científicos detrás de un tiro de tres puntos y su influencia en la precisión y el rendimiento. Además, pretendemos demostrar cómo la comprensión y la aplicación de estos principios físicos pueden beneficiar a los atletas y entrenadores al proporcionar una base sólida para mejorar la técnica y la eficacia en los tiros de larga distancia en baloncesto. Este proyecto contribuye a la integración de la ciencia en el deporte, destacando su importancia en el análisis y la mejora de las habilidades deportivas.

Antecedentes

El baloncesto es un deporte globalmente popular, con cientos de millones de seguidores y practicantes en todo el mundo. Aunque en México no sea tan prominente como en otros lugares, el baloncesto ha ganado importancia a lo largo de los años, y mi interés en el deporte desde una edad temprana me llevó a explorar su aspecto físico y científico (ver Figura 1).

En el baloncesto, encestar el balón en la canasta contraria es el objetivo principal, y la distancia desde la cual se realiza el tiro determina si se obtienen dos o tres puntos. La distancia de la línea de tres puntos varía según las regulaciones de diferentes ligas, como la NBA, FIBA y NCAA, como se muestra en la Figura 1. La física desempeña un papel crucial en la mecánica de un tiro de tres puntos, y comprender y cuantificar estos aspectos puede ofrecer ventajas significativas en el rendimiento (ver Figura 2).

El fenómeno fundamental en un tiro de tres puntos es el tiro parabólico, donde intervienen factores como la gravedad, la fricción, la velocidad, la fuerza y la aceleración. El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) y el movimiento rectilíneo uniforme (MRU) son conceptos clave en este contexto. La aceleración de la gravedad influye en la trayectoria, y tanto la velocidad horizontal (vx) como la vertical (vy) desempeñan un papel en la mecánica del tiro (ver Figura 2).

En este proyecto, nos proponemos calcular con precisión la fuerza necesaria para realizar un tiro de tres puntos, utilizando fórmulas específicas y el software “Tracker”. Esta aplicación educativa nos permite analizar la trayectoria del balón, calculando magnitudes como velocidad, aceleración y posición de una manera confiable y accesible. Nuestro objetivo es comprender la física detrás del tiro de tres puntos y su impacto en la precisión y el rendimiento, lo que puede tener implicaciones tanto en la ciencia del deporte como en la mejora de la técnica.

Objetivo

• Medir con precisión la distancia desde la línea de tres puntos al aro de baloncesto.
• Determinar la altura del aro de baloncesto.
• Registrar y analizar la trayectoria real de un tiro de tres puntos.
• Calcular la velocidad inicial del balón en el momento del lanzamiento.
• Calcular el tiempo total de vuelo del balón desde el lanzamiento hasta la canasta.
• Determinar el desplazamiento horizontal y vertical del balón durante su trayectoria.
• Calcular la aceleración experimentada por el balón en respuesta a la gravedad.
• Estimar y cuantificar la fuerza necesaria para realizar un tiro de tres puntos con éxito.

Justificación

La elección de este tema se basa en la conjunción de mi interés personal en el baloncesto y la oportunidad de aplicar conceptos fundamentales de la física, específicamente el tiro parabólico. El tiro de tres puntos en el baloncesto es un ejemplo concreto y analizable de un fenómeno parabólico, lo que lo convierte en un objeto de estudio intrigante.

Este proyecto se enfoca en descomponer y analizar los componentes clave de un tiro de tres puntos, incluyendo la distancia, la velocidad, el tiempo de vuelo y la aceleración. Cuantificar la fuerza necesaria para realizar un tiro exitoso no solo amplía nuestra comprensión de la física involucrada en el deporte, sino que también ofrece aplicaciones prácticas en diversos ámbitos. Además, al relacionar estos conceptos con lo que hemos aprendido en clase, este proyecto destaca la utilidad y relevancia de la física en situaciones cotidianas y en el mundo del deporte.

Hipótesis

Se plantea la hipótesis de que la fuerza necesaria para encestar un tiro de tres puntos variará en función del ángulo de lanzamiento, así como de las condiciones atmosféricas y la fricción. Se espera que diferentes ángulos de lanzamiento generen resultados distintos en términos de fuerza requerida. Además, se prevé que las condiciones atmosféricas, como la densidad del aire y la temperatura, así como la fricción con el entorno, influirán en la fuerza necesaria para lograr un tiro exitoso.

Método (materiales y procedimiento)

Cancha de baloncesto con aro y línea de tres puntos.
Balón de baloncesto.
Cinta métrica o rueda de medición.
Cronómetro o reloj con función de cronometraje.
Regla o medidor de altura.
Cámara de video o teléfono inteligente con cámara.
Software de análisis de video (p. ej., “Tracker” u otro similar).
Hojas de papel y lápiz para registrar datos.
Pasos del Experimento:

Seleccionar una cancha de baloncesto adecuada para realizar el experimento. Asegurarse de que la línea de tres puntos esté claramente marcada y la altura del aro sea estándar.

Medir con precisión la distancia desde la línea de tres puntos hasta el aro utilizando una cinta métrica o rueda de medición. Registrar esta distancia.

Medir la altura del aro desde el suelo utilizando una regla o medidor de altura. Asegurarse de que la altura sea precisa y estándar.

Preparar la cámara de video o el teléfono inteligente para grabar el tiro de tres puntos desde un ángulo que permita analizar la trayectoria del balón con claridad.

Realizar varios tiros de tres puntos desde la misma posición en la cancha. Asegurarse de lanzar con fuerza y consistencia en cada intento.

Utilizar el cronómetro o reloj para medir el tiempo de vuelo del balón desde el momento del lanzamiento hasta que entra en el aro.

Registrar los datos obtenidos, incluyendo la distancia desde la línea de tres puntos, la altura del aro, el tiempo de vuelo y el ángulo de lanzamiento en cada intento.

Utilizar el software de análisis de video para determinar la trayectoria del balón en cada tiro. Esto permitirá calcular la velocidad inicial y otros parámetros relevantes.

Calcular la aceleración del balón debida a la gravedad durante su trayectoria.

Realizar cálculos para determinar la fuerza necesaria para encestar un tiro de tres puntos, teniendo en cuenta los datos recopilados y las variables analizadas.

Analizar los resultados y buscar posibles patrones o correlaciones entre la fuerza necesaria y el ángulo de lanzamiento, así como cualquier influencia de las condiciones atmosféricas.

Realizar un resumen de los hallazgos y conclusiones basadas en los resultados del experimento.

Galería Método

Resultados

+Se presentan en forma de una tabla que se coloca en el protocolo impreso+

Galería Resultados

Discusión

En el transcurso del experimento, se llevaron a cabo cálculos y mediciones para determinar varios parámetros relacionados con el tiro de tres puntos en baloncesto, como se representa en la Figura 3. Sin embargo, durante el análisis de los datos, se observaron algunas discrepancias y fenómenos interesantes.

En particular, se notó que la velocidad horizontal en el componente “x” no se mantuvo constante, lo cual era esperado en un tiro parabólico sin oposición. Esto se debe a factores externos, como la fricción generada por el giro del balón en el aire y las condiciones atmosféricas, que afectaron la velocidad del balón. Además, las variaciones en la velocidad en el momento del contacto con la red de la canasta sugieren la influencia de factores adicionales, como ráfagas de viento.

En contraste, la velocidad en el componente “y” siguió un patrón de movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Sin embargo, también se observaron variaciones en dos puntos clave. En primer lugar, después del inicio de la fase descendente del balón, hubo una perturbación en el fotograma 197, posiblemente debido a factores externos. La segunda perturbación ocurrió en el momento del contacto con la red, lo que resultó en una disminución temporal de la velocidad.

La aceleración y la fuerza, aunque teóricamente calculables, no pudieron demostrarse gráficamente debido a limitaciones del programa utilizado.

A pesar de estas discrepancias y fenómenos observados, los datos obtenidos siguen siendo confiables y altamente demostrativos, proporcionando información valiosa sobre la dinámica de un tiro de tres puntos en baloncesto.

Conclusiones

Determinación de la Fuerza de Lanzamiento: A través de los cálculos y análisis de la trayectoria del tiro de tres puntos en baloncesto, se determinó que la fuerza necesaria para realizar el lanzamiento es de -2.8644 Newtons (N), como se describe en la Figura 3. Este cálculo se basó en los datos recopilados durante el experimento y en las fórmulas aplicadas.

Influencia del Ángulo de Lanzamiento: Se confirmó que la hipótesis inicial era correcta, ya que la fuerza calculada estaba directamente relacionada con el ángulo de lanzamiento. En este caso, se empleó un ángulo de lanzamiento de 62.8 grados, pero se reconoció que el resultado variaría en función del cambio del ángulo de lanzamiento. Esto resalta la importancia de comprender cómo los diferentes ángulos afectan la fuerza requerida en este tipo de lanzamiento.

Efecto de Factores Atmosféricos y Fricción: Se observó que factores atmosféricos, como el viento, y la fricción con el aire impactaron la precisión de los resultados obtenidos. Esto se evidenció en las discrepancias entre los datos gráficos y los cálculos teóricos, particularmente en las gráficas presentadas en la Figura 9 y 10. La variabilidad de los datos no concordantes subraya la necesidad de considerar factores externos al realizar cálculos de tiro parabólico.

En resumen, este experimento proporcionó valiosa información sobre la dinámica de los tiros de tres puntos en el baloncesto, incluyendo la relación entre la fuerza de lanzamiento y el ángulo, así como la influencia de factores atmosféricos y de fricción en la precisión de los resultados. Estos hallazgos pueden ser útiles en la mejora de las estrategias de lanzamiento en el baloncesto y la comprensión de los factores que afectan la trayectoria del balón.

Bibliografía

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Physlets (s.f.) Tracker. Physlets.org. Recuperado el 21 de marzo de 2023 de https://physlets.org/tracker/

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography