introducciÓn al anÁlisis biomecÁnico alejandro gÓmez rodas profesional en ciencias del deporte y...
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INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS
BIOMECÁNICO
ALEJANDRO GÓMEZ RODAS
PROFESIONAL EN CIENCIAS DEL DEPORTE Y LA RECREACIÓN
ESPECIALISTA EN ACTIVIDAD FÍSICA Y SALUDFISIOTERAPEUTA Y KINESIÓLOGO
FORMAS DE MOVIMIENTO
• TRASLACIÓN:– También conocido como movimiento linear, tiene
lugar cuando un cuerpo mueve todas sus partes de manera que todas recorren el mismo espacio en la misma dirección en el mismo intervalo de tiempo.
– Un cuerpo puede tener movimiento de traslación con trayectoria:• Rectilínea• Curvilínea• No linear
FORMAS DE MOVIMIENTO
• ROTACIÓN:– El movimiento rotatorio o angular sucede cuando
todas las partes de un cuerpo se mueven a lo largo de una trayectoria circular alrededor de un eje, con el mismo ángulo, al mismo tiempo.
TRIGONOMETRÍA
• Esencial para solucionar problemas básicos de la biomecánica y obtener los componentes de fuerza relacionando ángulos y distancias del triángulo recto
• Teorema de pitágoras
RELACIONES BÁSICAS EN EL TRIÁNGULO RECTÁNGULO
• Para un ángulo determinado, el seno de éste ángulo es una constante independiente del tamaño del triángulo
• Es decir, cuando en un ángulo rectángulo, uno de los ángulos agudos es igual a 30⁰, la relación entre el lado adyacente a este ángulo y la hipotenusa es siempre la misma, es decir, 0.45
• Y al revés, cuando la relación entre el lado opuesto y la hipotenusa es de 0.45 quiere decir que el ángulo es de 30⁰
RELACIONES BÁSICAS EN EL TRIÁNGULO RECTÁNGULO
• La gran aplicación de estas funciones en biomecánica es que si se conoce el ángulo y la dimensión de uno de los lados, se pueden calcular las longitudes de los otros lados del triángulo.
• Son útiles en biomecánica para resolver fuerzas en sus componentes en un triángulo
EJEMPLOS• Si el ángulo es de 60⁰ y la hipotenusa mide 5 cm, el lado
opuesto medira:
• Y el lado adyacente medirá:
ESCALARES
• Cantidades escalares son aquellas que sólo poseen un número que indican la cantidad y una unidad de medida
• Cuando se trata con ellas siempre se debe tener en cuenta que debe tener las mismas unidades de medida.
• La masa, el tiempo y la longitud son ejemplos de magnitudes escalares
VECTORES
• Los parámetros biomecánicos pueden ser representados como vectores
• Un vector es descrito como una cantidad que tiene:– Magnitud– Orientación– Dirección o sentido– Punto de aplicación
VECTORES• El uso más común de los vectores en biomecánica
es para representar fuerzas:– Musculares– Reacción articular
• Se representan con líneas y una flecha al final:– La longitud de la línea representa su magnitud– La posición angular de la línea representa su
orientación– La localización de la cabeza de la flecha representa su
dirección– La ubicación de la línea en el espacio representa su
punto de aplicación
VECTORES
• La representación matemática de los vectores se realiza con coordenadas polares, ej:– 5N a 37⁰ de la horizontal
VECTORES
• La representación matemática debe ser transformada en sus componentes en ambos ejes, ej:– Ax = 4N– Ay = 3N
FUERZA Y MOMENTO• Fuerza: – “Empuje o halón” que resulta del contacto físico entre
dos objetos– La única excepción a esta regla es la fuerza de gravedad,
en la cual no hay contacto directo entre objetos• Los generadores de fuerza más comunmente
relacionadas al sistema músculoesquelético son:– Músculos– Tendones– Ligamentos– Fricción– Reacción al piso– Peso
FUERZA
• La fuerza es una cantidad vectorial con magnitud, orientación, dirección y punto de aplicación
• Las fuerzas actúan a través de las inserciones tendinosas
• Las fuerzas de reacción articular lo hacen a través de su respectivo centro de rotación
• El punto de aplicación de la fuerza se encuentra con respecto a un punto fijo, usualmente el centro de rotación: Esta información se usa para calcular el momento ocasionado por la fuerza
MOMENTO
• En el sistema musculoesquelético un momento (M) es causado por una fuerza (F) que actúa a una distancia (r) desde el centro de rotación de un segmento.
• Un momento tiende a causar una rotación y es definido por la función:– M = r x F
TORQUE
• El torque es otro término que es sinónimo a un momento escalar
• La magnitud de un momento (torque) se calcula:– M = r x F x sen Ѳ
• Aunque existen distancias diferentes que pueden ser usadas para conectar un eje con una línea de acción de fuerza, se calcula el mismo momento sin importar cuál sea la distancia seleccionada
BRAZO DE PALANCA
• La distancia que es perpendicular al vector de fuerza, es conocida como brazo de palanca de esa fuerza
• Dado que el seno de 90⁰ es 1, el uso de un brazo de palanca simplifica el cálculo del momento a M = MA x F
• Así, el brazo de palanca se calcula desde cualquier distancia dado que: MA = r x sen Ѳ
DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRE
• Ayudan a identificar las fuerzas y momentos que actúan sobre los cuerpos.
• Las partes que constituyen un sistema, se aíslan de sus alrededores y se reemplazan por las fuerzas propias y los momentos
CENTRO DE GRAVEDAD Y ESTABILIDAD
• Es el punto en el cual todo el peso de un cuerpo se puede pensar que está concentrado y depende de la forma y la distribución de masa del cuerpo.
• Ej: el centro de gravedad humano está en S2 y cambia de acuerdo a la posición asumida por el cuerpo o a cambios en la forma del cuerpo
INERCIA
• Lenguaje común: “Resistencia a la acción o al cambio”
• Definición mecánica:
– “RESISTENCIA A LA ACELERACIÓN”
– “ES LA TENDENCIA DE UN CUERPO A MANTENER SU ESTADO ACTUAL DE MOVIMIENTO, BIEN SEA PORQUE PERMANEZCA INMÓVIL O SE MUEVA A UNA VELOCIDAD CONSTANTE
INERCIA• La inercia no tiene
unidades de medida, pero:
– La cantidad de inercia que posee un cuerpo es directamente proporcional a su masa, así:
– A mayor masa de un cuerpo, mayor es su tendencia a permanecer en su estado actual de movimiento y mayor dificultad habrá para cambiar ése estado
PRESIÓN
• La presión se define como la distribución de una fuerza en un área determinada:
• La unidad de presión es el Newton / m² o Pascal
• Ej: Dónde existe más presión para una fuerza de 556 N: para un área de 4 cm² o para un área de 175 cm²
VOLUMEN
• Es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo
• Dado que el espacio tiene 3 dimensiones (ancho – alto – profundo), la unidad de volumen es la multiplicación de una unidad de longitud, por otra unidad de longitud, por otra unidad de longitud = m³
DENSIDAD
• El concepto de densidad, combina la masa de un cuerpo con su volumen
• La densidad es definida como la masa por la unidad de volumen
• Su unidad de medida es el kg/m³
CARGAS MECÁNICAS EN EL TEJIDO CONECTIVO
• La tensión muscular, la fuerza gravitacional y las fuerzas externas que afectan al cuerpo lo hacen dependiendo de:
– Dirección– Magnitud– Duración
VISCOELASTICIDAD
• El tejido conectivo es un material viscoelástico, dependiente del tiempo y de la historia del material
• Elasticidad: Es la capacidad de un material para retornar a su estado original después de ser deformado
• Viscosidad: Se refiere a la resistencia de un material al flujo. Depende de la cantidad de proteoglicanos y agua en la estructura del tejido conectivo– Viscosidad alta: alta resistencia a la deformación
VISCOELASTICIDAD
• Materiales viscoelásticos– Soportan deformación (tensil – compresiva)
volviendo a su estado original después de eliminada la carga
– Pero, las cualidades viscosas hacen que la deformación sea dependiente del tiempo al retornar a su estado original
PROPIEDADES DE MATERIALES VISCOELÁSTICOS
• Creep:– Si una fuerza es aplicada y mantenida, el material
viscoelástico, se deformará y la duración de esta deformación se incrementará con el tiempo
PROPIEDADES DE MATERIALES VISCOELÁSTICOS
• Stres - Relajación:– Si un tejido conectivo es deformado en tensión, la
fuerza requerida para mantener la deformación, a medida que pasa el tiempo, disminuirá
PROPIEDADES DE MATERIALES VISCOELÁSTICOS
• Sensibilidad de la tasa de deformación:– Si la carga que deforma la estructura lo hace de
manera rápida, el pico de fuerza requerido para lograr la deformación será más alto que si lo hace de manera lenta
PROPIEDADES DE MATERIALES VISCOELÁSTICOS
• Histéresis:– A medida que una fuerza es aplicada y removida,
produciendo un ciclo de deformación y recuperación de la forma del tejido, no toda la energía guardada se libera durante la recuperación de la forma, dado que se pierde en forma de calor.