Lectura Obligatoria 1.1 Palancas (Hamill) PDF

410 SECCIÓN 3 Análisis mecánico del movimiento humano Por lo tanto, las coordenadas del centro de masa corporal total en unidades de digitalización son (614, 803) y están indi- cadas en la figura 11-21 por el punto negro más grande....

410 SECCIÓN 3 Análisis mecánico del movimiento humano Por lo tanto, las coordenadas del centro de masa corporal total en unidades de digitalización son (614, 803) y están indi- cadas en la figura 11-21 por el punto negro más grande. Brazo de resistencia Brazo de Consulte los datos en el Apéndice C. Utilizando los datos esfuerzo de Plagenhoef para una mujer, calcule la localización del centro de masa de un sistema de tres eslabones, inclu- yendo el muslo, la pierna y el pie, para el cuadro 15. Utilizando MaxTRAC, importe el archivo de video de la mujer en la fase media de apoyo y digitalice la cadera, la rodilla, el tobillo y la cabeza del quinto metatarsiano derechos. Fuerza de Utilizando los datos de Plagenhoef para una mujer, calcule la resistencia localización del centro de masa para el sistema de tres esla- Fuerza de bones, incluyendo el muslo, la pierna y el pie. Nota: La masa esfuerzo (músculo) corporal de la mujer es 58 kg. Rotación y apalancamiento FIGURA 11-22 Una palanca anatómica mostrando el brazo de resistencia, el brazo de esfuerzo y el fulcro (articulación del codo). DEFINICIONES El resultado de un torque es producir una rotación en torno a de esfuerzo. El segundo caso es cuando la VM  1, cuando el un eje. Si se consideran las rotaciones en torno a un punto fijo, brazo de esfuerzo es mayor que el brazo de resistencia. En este se puede discutir el concepto de palanca. Una palanca es un caso, el brazo de esfuerzo mayor magnifica el torque creado por cilindro fijo que se rota en torno a un punto fijo o eje llamado la fuerza de esfuerzo. Por tanto, cuando la VM  1, se dice que fulcro. Una palanca consiste en una fuerza de resistencia, la palanca magnifica la fuerza de esfuerzo. En la tercera situa- una fuerza de efecto, una estructura similar a una barra, y ción, la VM  1, y el brazo de esfuerzo es menor que el brazo un fulcro. Además, dos brazos de momento o de palanca se de resistencia. En este caso, se requiere una fuerza de esfuerzo designan como brazo de esfuerzo y brazo de resistencia. El mucho mayor para vencer la fuerza de resistencia. Sin embargo, brazo de esfuerzo es la distancia perpendicular desde la línea la fuerza de esfuerzo actúa sobre una distancia pequeña, siendo de acción de la fuerza de efecto hasta el fulcro. El brazo de el resultado el que la fuerza de resistencia se mueve a lo largo resistencia es la distancia perpendicular desde la línea de acción de una distancia mucho más grande en la misma cantidad de de la fuerza de resistencia hasta el fulcro. Dado que tanto las tiempo (Fig. 11-24). Por tanto, cuando la VM  1, se dice que fuerzas de esfuerzo y de resistencia actúan a una distancia res- se magnifica la velocidad o rapidez del movimiento. pecto al fulcro, crean torques en torno a éste. Se puede utilizar un ejemplo anatómico, como el seg- mento del antebrazo, para ilustrar una palanca (Fig. 11-22). CLASES DE PALANCAS El hueso largo del segmento del antebrazo es la estructura Existen tres clases de palancas. En una palanca de primera rígida similar a una barra, y la articulación del codo es el ful- clase, la fuerza de esfuerzo y la fuerza de resistencia están en cro. La fuerza de resistencia puede ser el peso del segmento lados opuestos del fulcro. Ejemplos en la vida cotidiana de y posiblemente una carga añadida cargada en la mano o en esta configuración de palanca son el sube y baja, la balanza, y la muñeca. La fuerza de esfuerzo es producida por la tensión la palanca de metal. Una palanca de primera clase puede estar desarrollada en los músculos para flexionar el codo. La figura configurada de muchas formas, y puede tener una VM de 1, 11-23 ilustra varios ejemplos de máquinas simples que son, más de 1 o menos de 1. Existen palancas de primera clase para efectos prácticos, diferentes tipos de palancas. en el sistema musculoesquelético del cuerpo humano. Los Una palanca puede ser evaluada por su efectividad mecá- músculos agonistas y antagonistas que actúan en de manera nica calculando su ventaja mecánica (VM). La VM se define simultánea en lados opuestos de una articulación crean una como el cociente del brazo de esfuerzo sobre el brazo de palanca de primera clase. Sin embargo, en la mayoría de los resistencia. Esto es: casos, la palanca de primera clase en el cuerpo humano actúa brazo de esfuerzo con una VM de 1. Esto es, la palanca actúa para balancear o VM = cambiar la dirección de la fuerza de esfuerzo. brazo de resistencia Un ejemplo del primer caso es la acción de los músculos En la construcción de una palanca, cualesquiera de estas esplenios para balancear la cabeza a nivel de la articulación atlan- tres situaciones puede definir la función de la palanca. El caso tooccipital (Fig. 11-25). El segundo caso, en el que la palanca más simple es cuando la VM = 1, esto es, cuando el brazo de cambia la dirección de la fuerza de esfuerzo, se observa en la esfuerzo es igual al brazo de resistencia. En este caso, la función acción de muchas prominencias óseas llamadas apófisis. Este tipo de la palanca es alterar la dirección del movimiento o balancear la de palanca de primera clase es una polea. Un ejemplo de este palanca, pero no magnificar ni la fuerza de resistencia ni la fuerza caso es la acción de la rótula en la extensión de la rodilla, donde  CAPÍTULO 11 Cinética angular 411 FIGURA 11-23 Palancas. el ángulo de tiro del músculo cuádriceps es alterado por la acción clase de palanca, la fuerza de resistencia actúa entre el fulcro y de recorrido de la rótula sobre el surco condilar del fémur. la fuerza de esfuerzo. Esto es, la fuerza del brazo de resistencia es menor a la fuerza del brazo de esfuerzo y por tanto la VM es mayor a 1. Un ejemplo de una palanca de segunda clase en la PALANCA DE SEGUNDA CLASE vida cotidiana es la carretilla (Fig. 11-26). Utilizando una carre- En una palanca de segunda clase, la fuerza de esfuerzo y la tilla, se pueden aplicar fuerzas de esfuerzo que actúen en contra fuerza de resistencia actúan del mismo lado del fulcro. En esta de fuerzas de resistencia significativas generadas por la carga total Fuerza de esfuerzo FIGURA 11-24 Una palanca de primera clase en la que el brazo Fuerza de resistencia de mo­mento es menor a 1, esto es, el brazo de esfuerzo es menor al brazo Distancia desplazada Fulcro causada por la de resistencia. Sin embargo, la distan- Distancia desplazada fuerza de esfuerzo cia lineal de desplazamiento generada causada por la por la fuerza de esfuerzo es menor a la fuerza de resistencia generada por la fuerza de resistencia en el mismo tiempo. 412 SECCIÓN 3 Análisis mecánico del movimiento humano en la carretilla. Existen pocos ejemplos de palancas de segunda clase en el cuerpo humano, aunque hay quienes consideran, y otros que no, al acto de pararse de puntillas como una palanca de segunda clase. Esta acción se utiliza en el entrenamiento con pesas, y se conoce como elevación de pantorrillas. Dado que hay tan pocos ejemplos de palancas de segunda clase en el cuerpo humano, es seguro decir que los humanos no están diseñados Fulcro para aplicar grandes fuerzas a través de sistemas de palancas. (carilla occipital) PALANCA DE TERCERA CLASE La fuerza de esfuerzo y la fuerza de resistencia también están del mismo lado del fulcro en una palanca de tercera clase. Sin embargo, en esta configuración la fuerza de esfuerzo actúa Fuerza de esfuerzo entre el fulcro y la línea de acción de la fuerza de resistencia. (fuerza muscular) Como resultado, el brazo de la fuerza de esfuerzo es menor que el brazo de la fuerza de resistencia y por tanto la VM es menor a 1. Un ejemplo de este tipo de palanca es una pala cuando la mano más cercana al extremo que cava aplica la fuerza de esfuerzo (Fig. 11-27). En consecuencia, parecería que se debe Fuerza de resistencia aplicar una gran fuerza de esfuerzo para vencer una fuerza de (peso de la cabeza) resistencia moderada. En una palanca de tercera clase, se aplica una fuerza de esfuerzo grande para obtener la ventaja mecánica FIGURA 11-25 Una palanca anatómica de primera clase en la que el peso de la cabeza es la fuerza de resistencia, los músculos esple- de una mayor velocidad de movimiento. Este es el tipo de con- nios proporcionan la fuerza de esfuerzo y el fulcro es la articulación figuración de palanca más prominente en el cuerpo humano, y atlantooccipital. casi todas las articulaciones de las extremidades actúan como palancas de tercera clase. Es tal vez seguro concluir que, desde un punto de vista de diseño, en el sistema musculoesquelético se enfatiza una mayor velocidad de movimiento, como lo ejemplifican las palancas de tercera clase, con exclusión de la capacidad de una mayor cantidad de fuerza a través del uso de Fuerza de esfuerzo palancas de segunda clase. La figura 11-28 ilustra una configu- ración de palanca de tercera clase en el cuerpo humano. Fuerza de esfuerzo Brazo de esfuerzo Brazo de esfuerzo Fulcro Fulcro Fuerza de resistencia Brazo de Brazo de resistencia resistencia Fuerza de resistencia FIGURA 11-26 Una carretilla como palanca de segunda clase. La fuerza de resistencia se localiza entre el fulcro y la fuerza de esfuerzo. Dado que el brazo de esfuerzo es mayor que el brazo de resistencia, FIGURA 11-27 Una persona utilizando una pala constituye una la VM > 1, y la fuerza de esfuerzo se magnifica. palanca de tercera clase.  CAPÍTULO 11 Cinética angular 413 mancuerna producen un torque alrededor de la articulación del hombro en dirección de las manecillas del reloj (Fig. 11-29B). Estos torques gravitacionales deben ser contrarrestados por un torque muscular en el sentido de las manecillas del reloj para mantener las posiciones estáticas. Las fuerzas de contacto también producen torques si se FEsfuerzo aplican de forma correcta. Por ejemplo, se generan torques en torno al centro de gravedad en acciones como los clavados y la gimnasia al utilizar la fuerza de reacción vertical del suelo en conjunto con configuraciones corporales que mueven el centro de masa hacia el frente o hacia atrás de la aplicación de la fuerza. Considere la figura 11-30A, en la que la fuerza de reacción del suelo generada en una voltereta hacia atrás se aplica a una dis- tancia del centro de masa, causando una rotación en el sentido de las manecillas del reloj en torno al centro de masa. Una MEsfuerzo FResistencia fuerza muscular también genera torques en torno al centro de la articulación, como se muestra en la figura 11-30B. MResistencia Representación de los torques FIGURA 11-28 El brazo mantenido en flexión a nivel del codo es una palanca anatómica de tercera clase: la fuerza de resistencia que actúan sobre un sistema es el peso del brazo, el fulcro es la articulación del codo, y la fuerza de esfuerzo la proporcionan los músculos flexores del codo. Para identificar y analizar las causas del movimiento, usual- mente se combina un diagrama de cuerpo libre que ilustra los torques que actúan sobre un sistema, con fuerzas lineales. Tipos de torque Muchos análisis biomecánicos comienzan con un diagrama de cuerpo libre para cada segmento corporal. Conocido como Un torque que actúa sobre un cuerpo es creado por una fuerza modelo de segmento de eslabón rígido, puede tener una que actúa a una distancia lejos del eje de rotación. En conse- formulación ya sea estática o dinámica. Considere el modelo cuencia, cualesquiera de los diferentes tipos de fuerzas discuti- del levantamiento de peso muerto ilustrado en la figura 11-31 dos en el capítulo 10 puede producir un torque si se aplica en mostrando el levantamiento (Fig. 11-31A) y el diagrama de una dirección que no pasa a través del eje o punto pivote. La cuerpo libre de los segmentos de la pierna, el muslo, tronco, gravedad, una fuerza de no contacto, genera un torque cada brazo y antebrazo (Fig. 11-31B). Si se desarrolla un modelo vez que la línea de gravedad no pasa a través de la articulación de segmento de eslabón rígido, pueden indicarse las fuerzas de la cadera (punto pivote). Como se ilustra en la figura 11-29, que actúan sobre las articulaciones (Fx , Fy) y el centro de la gravedad actuando sobre el segmento del tronco produce masa (W) junto con los momentos (M) actuando sobre las un torque en el senti­do de las manecillas del reloj en torno a articulaciones. las vértebras lumbares (Fig. 11-29A), y el peso del brazo y una BM Análisis utilizando las leyes de movimiento de Newton BM En el capítulo 10 se presentaron tres variaciones de las leyes de Newton que describen la relación entre la cinemática y la cinética de un movimiento. Se pueden generar análogos angu- Fuerza lares para cada uno de los tres abordajes. En la mayoría de los análisis biomecánicos, las relaciones lineales y angulares se determinan en forma conjunta para describir la relación causa Fuerza y efecto en el movimiento. Los análisis lineales previamente discutidos presentaban tres abordajes categorizados como el efecto de una fuerza durante un instante en el tiempo, el efecto de una fuerza durante un periodo y el efecto de una fuerza aplicada a lo largo de una distancia. Un análisis com- A B pleto también incluye las contrapartes angulares y examina el efecto de un torque en un instante en el tiempo, el efecto de FIGURA 11-29 Los torques gravitacionales creados por el peso de segmentos corporales actuando a una distancia respecto a la articu- un torque durante un periodo y el efecto de un torque apli- lación en movimientos como la flexión del tronco (A) y la elevación cado a lo largo de una distancia. Cada abordaje proporciona lateral del brazo (B) deben ser contrarrestados por torques musculares información diferente, y es útil en relación a la pregunta espe- actuando en la dirección opuesta. BM, brazo de momento. cífica formulada acerca del torque y el movimiento angular.