Cinética del Movimiento Humano: Leyes de Newton y Composición de Fuerzas

CINÉTICA DEL MOVIMIENTO HUMANO

PROF. EDGAR LOPATEGUI CORSINO M.A., Fisiología del Ejercicio Universidad Interamericana de PR - Metro, Facultad de Educación, Dept. de Educación Física PO Box 191293, San Juan, PR 00919-1293 [Tel: 250-1912, X2286; Fax: 250-1197]

EL CONCEPTO DE CINÉTICA

Definición de Cinética

Parte de la mecánica que describe las fuerzas que causan movimientos, tales como las fuerzas de:

• Gravedad.
• Muscular.
• Fricción.
• Resistencia externa.

LAS LEYES DE MOVIMIENTO DE NEWTON

Ley de Inercia

Descripción Un cuerpo en descanso permanecerá en descanso y un cuerpo en movimiento continuará moviéndose a una velocidad constante y en la misma dirección a menos que actúe sobre él mismo una fuerza externa.

Ley de Aceleración

La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que causa la aceleración y es inversamente proporcional a la masa de ese cuerpo y en la misma dirección de la fuerza. El peso de un objeto no es la masa del mismo sino el efecto de la aceleración por la gravedad en una masa. Por lo tanto, el peso es una fuerza.

Cantidades

Escalar. Tienen magnitud pero no tienen dirección, por ejemplo la distancia.Vectores. Tienen magnitud, dirección y punto de aplicación. Los vectores se visualizan gráficamente por medio de:

• Una línea de acción: La línea de acción se dibuja en una escala arbitraria para representar la magnitud de la fuerza.
• Con una flecha que nos indica la dirección de esa fuerza.
• Con un punto de aplicación que representa la aplicación de una fuerza en un cuerpo.

Ley de Acción-Reacción

Descripción Para cada acción siempre hay una reacción igual y opuesta.

COMPOSICION DE FUERZAS

Principios de Composición de Fuerzas

• Cuando unas fuerzas actúan en la misma línea o en líneas paralelas podemos sumar las fuerzas para encontrar la fuerza resultante. Esta es la fuerza que produce el mismo efecto de todas las fuerzas actuando a la misma vez en un cuerpo. La magnitud de esa fuerza resultante la podemos encontrar de forma gráfica dibujando vectores de fuerza a escala o de forma algebraica usando la fórmula de la fuerza resultante es igual a la suma de las fuerzas individuales:
  • Cuando las fuerzas actúan en dirección opuesta, las fuerzas se restan.
  • Si dos fuerzas actúan en ángulo, la fuerza resultante no es la suma de las fuerzas. Resolvemos la situación gráficamente construyendo un paralelogramo. La resultante es la diagonal del paralelogramo.
• Si el ángulo entre las fuerzas aumenta, la fuerza resultante disminuye.
• Si el ángulo entre las fuerzas disminuye, la fuerza resultante aumenta.
• Si son más de dos fuerzas actuando en un objeto la fuerza, la resultante se puede representar gráficamente dibujando cada vector a escala y en la dirección correcta para formar un polígono con un lado abierto. La fuerza resultante es el vector que cierra el polígono.

B 10 A R Resultante: A + B + C = R

• Un sistema de dos fuerzas se puede resolver también gráficamente utilizando el método triangular:
• Ejemplo: Un músculo traccionando con 30 lbs. de fuerza en un hueso a 20° del mismo y otro traccionando con 60 lbs a 75° en el mismo punto.

B A

MÁQUINAS DEL CUERPO

Palancas

Concepto de Palancas

La palanca es la máquina que opera con el principio de una barra rígida por la cual actúan unas fuerzas que tienden a rotar la barra alrededor de un eje. Un sistema de tres fuerzas:

• Eje o apoyo.
• Resistencia o peso.
• Esfuerzo o potencia ("moving force" o "nolding force").

0 Potencia Apoyo Resistencia Brazo de la potencia Brazo de la resistencia

Tipos de Palancas

Palanca de primer género. El eje se encuentra entre la resistencia y el esfuerzo. Potencia ResistenciaPalanca de segundo género. La resistencia se encuentra entre el eje y el esfuerzo. Potencia Resistencia Palanca de tercer género. El esfuerzo se encuentra entre el el eje y la resistencia. R F P

• Brazo de la resistencia: Es la distancia perpendicular desde la línea de acción de la resistencia hasta el eje de movimiento de la palanca.
• Brazo del esfuerzo: Es la distancia perpendicular desde la línea de acción del esfuerzo hasta el eje de movimiento de la palanca.

El Principio de las Palancas

Una palanca se encontrará en balance o equilibrio cuando el producto del esfuerzo y el brazo del esfuerzo son iguales al producto de la resistencia por el brazo de la resistencia: Ejemplo: Si yo sostengo en la mano una bola que pesa 5 libras que se encuentra a 12 pulgadas de la articulación del codo, cuando éste ésta flexionado a 90°, ¿cuántas libras de fuerza vertical tendrá que ejercer el bíceps para sostener la resistencia, si éste se ata a 1.5 pulgadas del eje del codo?

Ventaja Mecánica de una Palanca

Concepto. Es la habilidad de la máquina de darle ventaja al esfuerzo o en el cuerpo; de darle ventaja a la fuerza muscular. Ejemplos. Tenemos mayor ventaja mecánica cuando el brazo del esfuerzo es mayor al brazo de la resistencia. Un aumento en el largo del brazo del esfuerzo o una disminución en el largo del brazo de la resistencia resultan en mayor ventaja mecánica, facilitando la tarea que se va a ejecutar. Ejemplo: Prueba de fuerza muscular.Palanca de primer género: En este tipo de palanca no se puede predecir la ventaja mecánica ya que dependerá del lugar en que se encuentre el eje. Ejemplo: Articulación atlanto-occipital. Esta palanca se utiliza para ganar fuerza (esfuerzo) o distancia, dependiendo del largo relativo del brazo del esfuerzo y del brazo de la resistencia. Palanca de segundo género: La resistencia se encuentra entre el eje y el esfuerzo. El brazo del esfuerzo es mayor que el largo del brazo de la resistencia. Ventaja mecánica: Esta palanca provee una ventaja de fuerza tal que con poco esfuerzo se pueden sostener resistencias grandes. Ejemplo: Carretilla. Palanca de tercer género: El esfuerzo se encuentra entre el eje y la resistencia. El brazo de la resistencia es mayor al brazo del esfuerzo. Ventaja mecánica: Puede ser 0.1 o menor. Es la más común en el cuerpo y la encontramos en la mayoría de los movimientos en cadena cinemática abierta. Este tipo de palanca no es recomendable si queremos mover una resistencia grande. Se utiliza para mover pesos pequeños, grandes distancias. Un sistema de palancas se encontrará en equilibrio cuando la resultante de todas las fuerzas actuando en el sistema es igual a cero.

Torque

Concepto de Torque

Concepto. Es el efecto de una fuerza de causar rotación de una palanca si la fuerza se aplica a cierta distancia del eje de la palanca. Es el producto de una fuerza multiplicado por la distancia perpendicular entre la línea de acción de la fuerza y el eje de rotación: T = F X D. Expresa la efectividad de una fuerza en mover un sistema de palancas. Esa efectividad no dependerá solamente de la magnitud de la fuerza sino también de la distancia a la cual está actuando esa fuerza. Ejemplo: Sube y baja.

Fuerza Aplicada "Brazo del Momento

Principios del Torque

• Para que exista equilibrio en una palanca, el torque producido por el esfuerzo deberá ser igual al torque producido por la resistencia. La suma de los torques es igual a cero: AT = 0.
• Una fuerza que actúe en el origen o eje de un sistema no tendrá efecto de torque pues no causará rotación del sistema.
• Solamente cuando la línea de acción de una fuerza es perpendicular a la palanca, la distancia entre la línea de acción de la fuerza y el eje de movimiento es igual al largo de la palanca.
• La dirección de los torques es positiva (+) si crea la tendencia de mover la palanca en dirección de las manecillas del reloj, y es negativa (-) si tiende a mover la palanca en dirección opuesta.
• El torque que produce un músculo varía según la posición en que se encuentre la articulación que mueve ese músculo. Ejemplo: El brazo del esfuerzo de los flexores de codo es mayor cuando el codo esta flexionado a 90° (la distancia perpendicular a la línea de acción del músculo y el eje de movimiento), por lo tanto el torque que producen estos músculos también será mayor en esa posición.
• La ecuación de equilibrio (AT = 0) permite encontrar la magnitud de fuerzas que produce un músculo o fuerzas que se producen en la articulación que no se pueden medir directamente.

Poleas

Función de las Poleas

Se utilizan para cambiar la dirección de una fuerza o para aumentar o disminuir la magnitud de la fuerza. Aplicación en el cuerpo humano: En el cuerpo no tenemos poleas como tal pero tenemos unas prominencias óseas y otros medios que permiten:

• Desviar la dirección de la fuerza de un músculo.
• Aumentar la ventaja mecánica del músculo al aumentar su brazo de esfuerzo (distancia perpendicular desde la línea de acción del músculo y el eje de movimiento de la articulación).

Ejemplo de Polea en el Cuerpo

La rótula. Cambia la dirección de la línea de acción del cuádriceps y aumenta el largo del brazo del esfuerzo del cuádriceps (palancaje).

Tipos de Poleas

. Polea sencilla: Su propósito es cambiar la línea de una fuerza.

POLEA FUERZA POLEA SIMPLE CARGA

• Poleas movibles: Este sistema de poleas distribuye el peso que se está levantando a través de un número de cuerdas, por lo tanto proveen ventaja mecánica.

CENTRO DE GRAVEDAD

Concepto de Centro de Gravedad

Punto alrededor del cual cada partícula de la masa está equitativamente distribuida.

Localización del Centro de Gravedad

Adulto

Posición anatómica de pie: El centro de gravedad se encuentra un poco anterior a la segunda vértebra sacral.

Centre of gravity

Determinantes del Centro de Gravedad

Posición del cuerpo. Cambios de posiciones del cuerpo causan cambios en la posición del centro de gravedad. Cualquier cambio en la posición de un segmento individual causara un cambio en la posición del centro de gravedad del segmento y del cuerpo también. Si flexionamos una extremidad movemos su centro de gravedad proximalmente. En este caso acortamos el brazo de la resistencia en esa palanca de tercera clase. Esto resulta en una disminución del torque producido por esa resistencia. Esto facilitaría la actividad porque el torque que tiene que producir el esfuerzo debe ser igual al torque producido por la resistencia (y éste, como se ha indicado, se ha visto mermado). Cuando aplicamos una pesa o resistencia en un segmento, el torque producido por esa resistencia será mayor cuando el segmento se encuentra horizontal. En esa posición la distancia entre la resistencia y el eje de movimiento es mayor. Además de que en esa posición el componente rotatorio del vector de resistencia es igual al peso de la resistencia.

Estabilidad

Determinantes de la Estabilidad