Transcript INTRODUCCINALANLISISBIOMECNICO

INTRODUCCIÓN
AL ANÁLISIS
BIOMECÁNICO
ALEJANDRO GÓMEZ
RODAS
PROFESIONAL EN CIENCIAS DEL DEPORTE Y
LA RECREACIÓN
ESPECIALISTA EN ACTIVIDAD FÍSICA Y SALUD
FISIOTERAPEUTA 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=rxF
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
• 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
INERCIA
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.