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Biomecánica de las Técnicas Deportivas (3º) Facultad de Ciencias del Deporte. Universidad de Castilla la Mancha.

Guiones de las clases. Tema 10. Profesor: Xavier Aguado Jódar

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TEMA 10: LOS DESPLAZAMIENTOS

Bibliografía:

Adrian, M.J y Cooper, J.M. (1989). Biomechanics of running. En: Biomechanics of human movement; 15:295-313. Brown & Benchmark. Madison Wisconsin. Aguado, X. (1993). Eficacia y técnica deportiva. Análisis del movimiento humano. INDE . Barcelona. Cavanagh, P.R. (1990). Biomechanics of distance running. Human Kinetics. Champaign Illinois. Hamill, J. y Knutzen, K.M. (1995). Biomechanical basis of Human Movement. Williams & Wilkins. Baltimore. Hay, J.G. (1993). Biomechanics of sports techniques. Prentice Hall. Londres. Milliron, M.J y Cavanagh, P.R. (1990). Sagittal Plane Kinematics of the lower Extremity During Distance Running” . Capítulo 3:(65-105), en :Cavanagh, P.R. editor: Biomechanics of distance running. Human Kinetics. Champaign Illinois. Plas, F.; Viel, E. y Blanch, Y. (1984). La marcha humana. Vigot. París. Watkins, J. (1999). Structure and function of the musculoskeletal system. Human Kinetics. Champaign Illinois. Williams, K.R. (1993). Biomechanics of distance running. En: Current issues in biomechanics, compilador Grabiner, M.; 1:3-32. Human Kinetics. Champaign Illinois. Williams, K.R. (1990). Relationships Between Distance Running Biomechanics and Running Economy . Capítulo 11:(271-305), en :Cavanagh, P.R. editor: “Biomechanics of distance running”. Human Kinetics. Champaign Illinois.

1- FASES TEMPORALES: diferentes criterios para dividir fases temporales. 2-DIAGRAMAS ÁNGULO-ÁNGULO. Ejemplos 3- RELACIONES ENTRE AMPLITUD, FRECUENCIA Y VELOCIDAD. 4- EFICACIA EN EL DESPLAZAMIENTO



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1 2

1-FASES TEMPORALES Los desplazamientos: carrera, marcha, nado, ciclismo, remo, piragüismo, esquí de fondo, patinaje, ... son, salvo en contadas ocasiones (como pe la salida), movimientos cíclicos. Como tales tienen una secuencia de partes del movimiento que se completa reinicializándose y acabando constantemente, sin interrupciones, a lo largo del tiempo. A esa secuencia que se repite a lo largo del tiempo se le denomina ciclo y un ciclo puede descomponerse en fases. El tiempo se puede expresar en segundos o también normalizado (en porcentajes respecto a la duración total del ciclo). A veces se usan para separar fases criterios de la relación con el medio (apoyo, no apoyo, vuelo, fase acuática), también se usan criterios de posición, ángulo o relación de segmentos corporales. Si no se utiliza simplemente el tiempo. CINEMÁTICAS: Se describen características cinemáticas (características del movimiento) en las fases. En forma de posiciones, recorridos, velocidades, aceleraciones, ángulos, velocidades angulares y aceleraciones angulares. En la marcha (Plas, Viel y Blanch, 1984):



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3 4

En el ejemplo anterior se ha usado para la división en fases el criterio de la relación del miembro inferior con el suelo (1, 2, 3, 4 y 5) y en la separación de las dos últimas fases el movimiento angular (relación entre segmentos del cuerpo).

5 6



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En el primer 10% del ciclo y entre el 50 y 60% el apoyo es bipodal, el resto (80%) es monopodal. En la marcha se considera un paso lo que sucede desde el inicio del apoyo de un pie hasta el inicio del apoyo del otro, mientras que una zancada se considera como 2 pasos consecutivos, es decir desde el inicio del apoyo de un pie hasta el inicio del apoyo del mismo pie. Se podría usar también cualquier variable cinemática, principalmente referidas al CG o a la parte del cuerpo que participa de forma más

Modificado de Hamill y Knutzen, 1995.

Apoyo bipodal. Prácticas de Biomecánica de las Técnicas Deportivas, curso 2002-03..

Apoyo monopodal. Prácticas de Biomecánica de las Técnicas Deportivas, curso 2002-03..



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importante. Pe: la velocidad del CG, posición de los segmentos, .. .. . Evolución de la velocidad del CG en carrera a 4 m / s. A partir de los datos anteriores se podrían dividir las siguientes fases: 1 Fase aérea: no existe apoyo en el suelo (criterio de relación con el medio). Esta a su vez se podría dividir en: -ascenso del CG (mientras la velocidad vertical disminuye hasta 0 -descenso del CG (mientras la velocidad vertical del CG disminuye desde 0 hasta el máximo valor negativo. 2 Fase de apoyo derecho: existe contacto con el suelo (también relación con el medio).Esta a su vez se podría dividir en: - frenado, mientras se pierde velocidad horizontal del CG - impulsión, mientras se gana velocidad horizontal del CG 3 Fase aérea: -ascenso

-descenso 4 Fase de apoyo izquierdo: - frenado - impulsión

Gráfico modificado de Watkins (1999).



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Recogiendo en abscisas el tiempo normalizado en % se puede representar la evolución de cualquier ángulo a lo largo del desplazamiento, de un ciclo o de una parte de un ciclo.

Evolución del ángulo de la cadera durante un ciclo de la marcha.


Evolución del ángulo de la rodilla durante un ciclo de la marcha, que acaba con la casi extensión total de rodilla.

Evolución del ángulo del tobillo durante un ciclo de la marcha.



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También se realizan a veces los llamados gráficos ángulo-ángulo, en los que se puede ver la evolución en parte de un ciclo, un ciclo o varios ciclos. Se pueden representar también diagramas ángulo-ángulo. El siguiente corresponde a la carrera a 3,6 m / s y muestra en un ciclo la evolución del ángulo de la rodilla en relación con la inclinación del muslo:

Evolución del ángulo del retropié durante la fase de apoyo en carrera de fondo.

Forma y convenio de signos en el cálculo del ángulo del retropié. Supinación = extensión + aducción + inversión Pronación = flexión + abducción + eversión.




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CINÉTICAS: Se utilizan criterios cinéticos para dividir en fases el ciclo. Normalmente se usan las fuerzas de reacción del suelo en desplazamientos en el medio terrestre o las fuerzas del agua contra la mano o pala en el medio acuático, o a veces las presiones (plantares contra la zapatilla o de la mano contra el agua).



Modificado de Watkins (1999).



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-600-400-200

0200400600800

1000120014001600

0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2

Tiempo (s)

Fuer

za (N

)

Fuerza X Fuerza Z

-400-200

0200400600800

1000120014001600

0 0.04 0.08 0.12 0.16

Tiempo (s)

Fuer

za (N

)

Fuerza X Fuerza Z

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

0 0.04 0.08 0.12 0.16

Tiempo (s)

Fuer

za (N

)

Fuerza X Fuerza Z



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Pe en ciclismo se puede dividir un círculo, en el que se pueden representar diferentes fases del pedaleo. El siguiente ejemplo está obtenido con ciclistas de élite, es un vectograma en el que se muestra un ciclo de pedaleo en el pedal izquierdo, dividido en 20 partes (separadas por el mismo ángulo, por lo que no hay representación de tiempo) en las que se representa en cada una la media de las fuerzas de acción obtenidas sobre el pedal. La recogida de datos está realizada a 100 rpm y 400 W. A partir de este vectograma se podrían dividir fases atendiendo a los cambios en la dirección de las fuerzas o a sus módulos o al momento que provocan sobre el plato. OTROS CRITERIOS DE DIVISIÓN: Se puede, pe representar la evolución de la activación muscular (EMG) a lo largo del tiempo.

Burke, 1986.

Williams, 1993.

Corriendo en una cinta sin fin a 4,8 m / s.



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2- DIAGRAMAS ÁNGULO-ÁNGULO: Los ejemplos que se van a poner pertenecen todos a la carrera. Probablemente el diagrama ángulo-ángulo más usado sea el de flexión de rodilla-inclinación del muslo. Muchos autores prefieren usar el ángulo de inclinación del muslo antes que el de flexión de cadera por motivos metodológicos ya que este último es mas difícil de medir, menos reproducible y obliga a l marcaje de más puntos en la digitalización. No obstante existe una correlación entre el valor del ángulo de inclinación del muslo y el ángulo de flexión de cadera. Máxima hiperextensión (media de varios estudios de diferentes autores): Ángulo de cadera: - 9,5º Ángulo de inclinación del muslo: -25º Máxima flexión (media de varios estudios de diferentes autores): Ángulo de cadera: 24º Ángulo de inclinación del muslo: 34º Los siguientes gráficos proceden de: Milliron y Cavanagh (1990), que corresponde al capítulo III (65-105) titulado “Cinemática del plano sagital de la extremidad inferior durante la carrera de larga distancia” del libro editado por Cavanagh (1990) que aparece en la bibliografía.

Comparación de los pasos derechos e izquierdos (media de varios pasos en 31 sujetos). Corriendo a 3,57 m / s.



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Recogida de varios pasos durante 7 s corriendo en la cinta sinfín. El sujeto a (izquierda) muestra una menor variabilidad que el sujeto b (derecha). El sujeto b presenta una alta variabilidad sobre todo en la zona de máxima flexión de rodilla en la fase aérea.

Media de 4 sujetos corriendo en la cinta sin fin a diferentes velocidades (3,4-5 m / s).

Media de 4 sujetos corriendo en la cinta sin fin sin pendiente, con pendiente positiva de 10 y 20º y con pendiente negativa de 10 y 20º.

Diagrama ángulo de tobillo-ángulo de rodilla, que también se usa frecuentemente en el estudio de la carrera. Comparación de los pasos dcha. Y los izq. (media de varios pasos en 31 sujetos). Corriendo a 3,57 m / s.



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frecuenciaamplitudv ⋅=

frecuenciavamplitud =

amplitudvfrecuencia =

tbrazadaszancadaspasosnfrecuencia ,..),,(ª=

tev =

3- RELACIONES ENTRE AMPLITUD, FRECUENCIA Y VELOCIDAD En los desplazamientos existen unas relaciones entre amplitud, frecuencia y velocidad: pe: desplazándonos a velocidad constante de nado o carrera, en un tramo más o menos largo (que conocemos su distancia y tenemos marcado), en el que se toma el tiempo (esto lo podemos hacer posteriormente a partir de una grabación de vídeo) podremos calcular la frecuencia, la velocidad y a partir de estas la amplitud media. La velocidad la conoceremos simplemente a partir de medir el tiempo en el vídeo en cubrir el tramo marcado (cuya distancia conocemos): y la amplitud media la obtendremos a partir de la fórmula anteriormente expuesta. Así podríamos pe observar las variaciones en frecuencia y amplitud al variar las velocidades, podremos conocer la amplitud media y frecuencia en situación de competición, podremos conocer la evolución en éstas con la fatiga, .. .. Existen factores individuales vinculados a flexibilidad, fuerza, tipo de entreno, técnica, arquitectura muscular, .. .. que llevan a que cada atleta posea una amplitud óptima con la que desplazándose a una misma velocidad lo haga con la mayor economía de esfuerzo (por lo tanto con un menor consumo energético). Se ha comprobado en carrera, que mediante intervenciones en el entrenamiento no muy largas (a partir de 3 semanas)



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permiten poder ampliar algo la amplitud manteniendo el mismo consumo de oxígeno y frecuencia al haber mejorado la economía de esfuerzo. Entre las estrategias usadas se ha probado la retro información en tiempo real de consumo de oxígeno a una misma velocidad modificando diferentes aspectos técnicos como la posición de los miembros superiores o del tronco, .. .. Ejemplos de relación frecuencia-amplitud en la carrera: 2 m / zancada x 3 zancadas / s = 6 m / s si consiguiera, manteniendo la misma amplitud de zancada, aumentar la frecuencia estaría aumentando la velocidad de carrera: 2 m / zancada x 4 zancadas / s = 8 m / s No obstante, un aumento de la frecuencia suele acompañarse de una disminución en la longitud de las zancadas. Así si pasáramos de: 2 m / zancada x 3 zancadas / s = 6 m / s a 1,5 m / zancada x 4 zancadas / s = 6 m / s no habríamos conseguido nada, pero si lográramos que la amplitud no disminuyera mucho podríamos haber incrementado la velocidad, como en el siguiente ejemplo: 1,8 m / zancada x 4 zancadas / s = 7,2 m / s

Modificado de Williams (1993).



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MIN MEDIA MAX RANGODistancia de despegue 0,22 0,26 0,3 0,08

Distancia de vuelo 0,5 0,57 0,64 0,14Distancia de aterrizaje 0,12 0,17 0,2 0,08

¿De qué dependen la amplitud y la frecuencia en la carrera? Como se ha explicado, la velocidad de la carrera depende de la amplitud de zancada y de la frecuencia. Así habrá que estudiar los diferentes factores que determinan estas 2 variables. La longitud de zancada es la suma de 3 distancias (primero de un paso y luego del paso siguiente):

- DISTANCIA DE DESPEGUE: distancia horizontal desde el extremo anterior del pie hasta el CG en el instante del despegue.

- DISTANCIA DE VUELO: distancia horizontal cubierta por el CG durante l vuelo.

- DISTANCIA DE ATERRIZAJE: distancia horizontal desde el CG hasta el extremo anterior del pie en el instante del contacto del pie con el suelo.

Los siguientes datos pertenecen a 12 corredores de 100 metros con tiempos entre 9,9 y 10,4 s, corriendo a máxima velocidad. Los valores están expresados en porcentajes respecto a la longitud de paso.

Modificado de Hay (1993).



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La distancia de despegue depende de: - factores antropométricos -posición del cuerpo en el instante de pérdida de contacto con el suelo. La variabilidad en la inclinación que pueda presentar la pierna respecto al suelo proporciona diferentes distancias de despegue. Cuanta más inclinación pierna-suelo más distancia de despegue. La distancia de vuelo depende de: -los factores que determinan las trayectorias de los movimientos parabólicos (ya que el CG realiza un movimiento parabólico durante el vuelo). Sobre todo depende de V0, que a su vez dependerá de las fuerzas aplicadas contra el suelo (acción) y por lo tanto recibidas (reacción) durante la fase de apoyo en el suelo. Estas fuerzas se logran aplicar gracias al movimiento (angular) de diferentes articulaciones como cadera, rodilla, tobillo,.. La distancia de aterrizaje depende de: - la posición del aterrizaje, cuando se vuelve a contactar el suelo, tras la fase de vuelo. Su contribución es pequeña a la distancia total del paso y querer aumentarla nos podría frenar la velocidad de avance. De hecho una

Hay (1993).



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estrategia para frenar la velocidad usada en carreras de corta distancia tras haber sobrepasado la meta es precisamente el aumentar esta distancia, colocando el apoyo más delante de lo que se hace en la carrera y de esta manera recibiendo del suelo mayores fuerzas de reacción de frenado. La frecuencia de zancada depende de: -el tiempo de duración de cada zancada.

- el tiempo de una zancada dependerá a su vez de los tiempos de apoyo y de vuelo. En velocistas en las salidas el “ratio” entre estos tiempos es de 2:1 y en carrera a máxima velocidad se sitúa entre 1:1,3 y 1:1,5. Es decir en las primeras zancadas el 67% del tiempo de duración del ciclo corresponde a apoyos en suelo (derecho e izquierdo) y el resto vuelos. Desde este porcentaje se pasa hasta el 40-45% del tiempo del ciclo correspondiente a los apoyos, cuando se corre a la máxima velocidad.

La máxima velocidad en la carrera de 100 m se logra entre los 50 y 60 m; donde se puede llegar a obtener en torno a 43 km / h. En los 100 m se dan de 49 a 50 pasos enteros (51 las mujeres). Se obtiene en toda la carrera una amplitud media de 2 m (1.14 veces la estatura). La amplitud máxima en hombres se sitúa entre 2.20 y 2.50 m y en mujeres entre 1.80 y 2.15 m, entre los 50 y 60 m.



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4- EFICACIA EN EL DESPLAZAMIENTO: Se sabe que diferentes variables biomecánicas y fisiológicas se encuentran íntimamente ligadas en los desplazamientos. Así, por ejemplo, diferentes variables cinemáticas de la carrera influyen en un mayor o menor consumo de oxígeno corriendo a una misma velocidad. Si logramos desplazarnos a la misma velocidad pero con un menor coste energético estaremos mejorando la eficacia. Autores como Williams (1990) describen mecanismos por los que una modificación en la mecánica de la carrera puede conducir a una disminución del coste energético y mejora de la economía de carrera, que permitirá una ganancia en velocidad y la consecuente mejora en los tiempos:

Williams (1990): Diferentes factores mecánicos que influyen en el mayor o menor consumo de oxígeno.



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Figura procedente de un artículo de Cavanagh reproducida en el capítulo de Williams (1990).

Relación de valores de variables mecánicas clasificados en función de si producen un bajo, medio o alto consumo de oxígeno.

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