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CINETICA
Dr. Manuel Chiriboga MSc.U.T.N.
CONCEPTOS Trata de los cuerpos en movimiento y
las fuerzas que actúan para producirlo FUERZA: “es un impulso o una tracción”
(Barney Le Veau) “aquello que empuja o tira por medio de
un contacto mecánico directo o por la acción de la fuerza de gravedad que altera o varía el movimiento de un objeto” (Luttgens)
CONCEPTOS “es la medida de la acción mecánica de
un cuerpo sobre otro” (Donskoi) Las fuerzas involucradas pueden ser
externas o internas Fuerzas externas: llamadas CARGAS,
son ajenas a la estructura, son las que ejercen los cuerpos de un sistema arbitrario sobre los cuerpos externos de un sistema específico
CONCEPTOS Fuerzas externas: fuerza de gravedad,
resistencia del aire, resistencia del agua, inercia, acción muscular y reacción del piso
Fuerzas internas: son aquellas ejercidas entre los cuerpos que se hallan en un sistema determinado. Son llamadas TENSIONES
Tensión: es la resistencia interna de un material que reacciona a una carga aplicada externamente
CONCEPTOS MATERIA: es todo lo que ocupa un lugar
en el espacio MASA: cantidad de materia sobre la cual
se aplica la fuerza de gravedad CENTRO DE MASA: es aquel punto que
se encuentra exactamente en el centro de la masa de un objeto. Frecuentemente es llamado CENTRO DE GRAVEDAD
CARACTERISTICAS DE LA FUERZA
1. Magnitud2. Línea de acción3. Dirección4. Punto de aplicación Para describir completamente la
fuerza, se deben identificar estas 4 características, para no alterar la naturaleza del movimiento
CARACTERISTICAS DE LA FUERZA MAGNITUD: indica el tamaño de la
fuerza, es una cantidad escalar. La unidad es el kg o el newton (0,102 kg)
LINEA DE ACCION: nos ayuda a determinar el eje de acción de la fuerza
DIRECCION: se sitúa a lo largo de la línea de acción
PUNTO DE APLICACIÓN: es aquel en el cual ésta se aplica a un objeto
LEYES DE NEWTON
LEY DE LA INERCIA: “todo cuerpo conservará su estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme mientras fuerzas externas aplicadas a él no le hagan variar ese estado”
Inercia : es la propiedad que posee un objeto de permanecer en estado de reposo o movimiento
LEYES DE NEWTON LEY DE ACELERACION: “la aceleración de
un objeto es directamente proporcional a la fuerza causante, en la misma dirección de la fuerza e inversamente proporcional a la masa del objeto”
Ecuación: F = ma LEY DE REACCION: “para cada acción
existe una reacción igual y opuesta” Estas tres leyes se aplican para estudiar la
cinética de los cuerpos y sus características inerciales, de fuerza y de trabajo y energía.
METODOS DE LA ACELERACION: se utiliza para el
análisis de la fuerza y las aceleraciones instantáneas
DEL IMPULSO – MOMENTO: se aplica cuando la fuerza actúa en un período de tiempo o está involucrado en una colisión
DEL TRABAJO – ENERGIA: se utiliza cuando una fuerza actúa sobre una distancia
METODO DE LA ACELERACION
Fuerza es un impulso o tracción; ó, Fuerza es una entidad física que
tiende a acelerar el cuerpo sobre el cual se aplica y se requiere que la fuerza mueva o detenga un objeto, o que cambie su dirección de movimiento. Esto resulta en un cambio en la velocidad del objeto = aceleración
METODO DE LA ACELERACION La masa de un objeto proporciona su
tendencia a permanecer en reposo o en movimiento constante (1ra ley de Newton)
La masa representa la medida cuantitativa de la inercia de un cuerpo
Matemáticamente la 2da ley de Newton será: a = F/m
Si la masa se mide en kg y la aceleración en m/seg2, la fuerza se mide en kg.m/seg2 o newtons
METODO DEL IMPULSO MOMENTO
Es útil cuando la fuerza actúa sobre un período de tiempo y es esencial cuando está involucrada una colisión
Si sustituimos el término ∆v/∆t por la a en la ecuación de aceleración, obtenemos la ecuación de momento: F = m∆v/t, en donde m∆v representa el momento de cambio del cuerpo, quedando: Ft = m∆v
METODO DEL IMPULSO MOMENTO El producto de la fuerza por el
tiempo es llamado fuerza impulsiva
Una fuerza mayor aplicada durante un mayor lapso aumentará el valor del momento
El vector de la velocidad apuntará en la misma dirección que la fuerza resultante
METODO DEL TRABAJO - ENERGIA TRABAJO: es una fuerza que vence una
resistencia y que mueve a un objeto a través de una distancia
Su valor se determina multiplicando la fuerza (F) por el desplazamiento (S) del objeto
Trabajo = Fuerza x Distancia: W = FS W = F cos α x S La medida en el SMD es el Joule
METODO DEL TRABAJO - ENERGIA ENERGIA: es la capacidad para realizar
un trabajo Puede ser: calorífica, sonora, lumínica,
eléctrica, química, atómica y mecánica ENERGIA POTENCIAL: es la capacidad
que tiene un cuerpo para realizar un trabajo, debido a su situación o configuración; esto es, un cuerpo contiene energía almacenada debido a su altura o a su deformación
PE = mgh; W = EP
METODO DEL TRABAJO - ENERGIA ENERGIA CINETICA: es la energía
producto del movimiento Cuanto más rápido se mueva el cuerpo
mayor energía cinética. Pero cuando deja de moverse pierde la energía cinética
KE = ½ mv2; donde m, es la masa, v, es la velocidad. Si v es cero KE también es cero
METODO DEL TRABAJO - ENERGIA Como la energía es la capacidad para
realizar un trabajo y sabiendo que no puede crearse ni destruirse, el trabajo realizado es igual a la energía cinética adquirida:
W = ½ mv2 La energía normalmente se transforma
de energía cinética a energía potencial o viceversa
METODO DEL TRABAJO - ENERGIA POTENCIA: se define como la
velocidad al realizar un trabajo, o la velocidad a la cual se gasta la energía
Potencia promedio es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo específico de tiempo y se calcula con la ecuación:
P = W / t
METODO DEL TRABAJO - ENERGIA
Este método es útil cuando se conocen las fuerzas que actúan sobre el sistema de acuerdo con la posición del cuerpo, más que al tiempo
Para usar este método es necesario conocer la cantidad de trabajo realizado para mover el objeto
FUERZAS Francis (1976) clasificó a las fuerzas que
modifican el movimiento en: Peso Fuerzas de contacto:
reacción normal Fricción
Dinámica de los fluidos: Flotación Resistencia Elevación o ascención Elasticidad Rebote
EL CUERPO HUMANO COMO SISTEMA BIOMECANICO La estructura y funciones de los órganos
de apoyo y de movimiento en el hombre se distinguen por su gran complejidad
Esto está dado por la gran multitud de posibilidades de posturas y de movimiento del cuerpo
Permite analizar el cuerpo completo y sus partes como sistemas biomecánicos particulares
SISTEMA BIOMECANICO
Se entiende a la agrupación de objetos vivos (órganos, tejidos, etc) que poseen particularidades generales en la manifestación de las leyes del movimiento mecánico, las particularidades generales de las formas de dirección de estos, la participación o inclusive su empleo
CLASIFICACION Sistemas activos: todo el cuerpo, el
aparato locomotor Sistemas pasivos: órganos internos,
tejidos blandos y líquidos Interés especial el sistema biomecánico
del aparato locomotor, que sirve de:1. Fuente de energía2. Mecanismo de transmisión de los
esfuerzos3. Objeto de movimiento4. Sistema de dirección
CADENAS BIOCINEMATICAS El sistema biomecánico del cuerpo
humano está formado por cadenas biomecánicas
Son las múltiples partes del cuerpo, unidas de manera móvil
A ellas están aplicadas fuerzas, que provocan deformaciones de los miembros del cuerpo y variación del movimiento de dichos miembros
Los pares y cadenas biocinemáticas son conceptos tomados de la teoría de los mecanismos y maquinarias
CADENAS BIOCINEMATICAS MECANISMO: son varios cuerpos unidos en
forma móvil, de los cuales uno está fijo, y los restantes realizan movimientos completamente determinados.
Sirven para la transformación de unos miembros en el movimiento imprescindible de otros
MAQUINA: es un conjunto de mecanismos para la transformación conveniente de la energía en trabajo mecánico o, a la inversa, del trabajo mecánico en energía
Los miembros de las cadenas y sus uniones se encuentran bajo la acción de las fuerzas que se aplican sobre ellos (cargas)
CARGAS Las fuerzas aplicadas a un cuerpo
y que en conjunto provocan su deformación
DEFORMACION: es la variación de la forma y las dimensiones
Los huesos del esqueleto y los tejidos blandos contrarrestan durante su formación la acción de las fuerzas aplicadas
CARGAS
TIPOS: de acuerdo a la deformación que provocan se distinguen:
Cargas de tracción Cargas de presión Cargas de flexión, y, Cargas de torsión
Cargas de tracción
Las cargas que provocan tracción son las cargas más características de los tejidos blandos
Estas surgen cuando el sujeto se encuentra en suspensión o cuando se sostiene un peso con los brazos extendidos hacia abajo
Cargas de presión Las cargas que crean presión de los
huesos y cartílagos, las encontramos con más frecuencia en la posición vertical del cuerpo sobre el apoyo
En este caso, sobre el esqueleto actúan, por una parte, la fuerza de gravedad del cuerpo y el peso de las cargas externas, y por otra, la presión del apoyo
Cargas de flexión
Estas se encuentran cuando los huesos ejecutan el papel de palanca
En estos casos las fuerzas de los músculos y las fuerzas de resistencia, aplicadas a ellos, están dirigidas transversalmente a los huesos y provocan su flexión
Cargas de torsión
Se las encuentra en los movimientos de rotación del miembro, alrededor de un eje longitudinal
CARGAS
TIPOS: por el carácter de la acción, se distinguen:
Cargas estáticas Cargas dinámicas ESTATICAS: tienen una magnitud
constante, y por lo general, son relativamente pequeñas
Cargas dinámicas Surgen durante los movimientos, donde
actúan las fuerzas de inercia, que varían y pueden incrementarse hasta magnitudes muy grandes
Cuando actúan en una dirección desacostumbrada pueden superar el margen de seguridad de uno u otro miembro y provocar una lesión en el aparato locomotor
Cargas dinámicas Los músculos, las cápsulas articulares, los
ligamentos, así como los cartílagos, que unen los huesos del esqueleto, al deformarse, disminuyen la acción de las cargas dinámicas
Los músculos por su elasticidad disminuyen esta acción. Si es insuficiente se provoca lesión de ligamentos y cartílagos e incluso huesos y el músculo mismo
DEFORMACIONES ELASTICAS Surgen en el cuerpo bajo la acción de una
carga y desaparece cuando ésta deja de actuar
La variación de la forma de los cuerpos bajo la acción de una fuerza aplicada, es una propiedad de todos los cuerpos reales
En la naturaleza no existe cuerpo absolutamente rígido, todos se deforman en determinadas condiciones
DEFORMACIONES ELASTICAS En caso de deformación elástica, la forma
del cuerpo, después que ha cesado la acción de la fuerza deformante, se recupera
La deformación plástica se mantiene después que ha cesado la carga, es decir, la forma inicial ya no se recupera
ELASTICIDAD: es la propiedad de un cuerpo para recuperar por si mismo su forma, después de una deformación
DEFORMACIONES ELASTICAS
REOLOGIA: se ocupa del estudio de las leyes de variación de la forma de los cuerpos (flujo de la materia)
Estudia la deformación de los cuerpos teniendo en cuenta las condiciones de variación de su forma y los estados previos a esta variación
DEFORMACIONES ELASTICAS
ZONAS DE DEFORMACION: son distintas en los diferentes cuerpos
1. Zona de elasticidad lineal2. Zona de elasticidad no lineal3. Zona de deformación plástica4. Zona de ruptura
DEFORMACIONES ELASTICAS El cuerpo elástico tiene deformación
reversible El cuerpo plástico tiene deformación
irreversible El cuerpo frágil tiene una baja
deformación relativa El cuerpo duro tiene un alto nivel de
rigidez El cuerpo viscoso, la deformación elástica
va seguida de una deformación plástica
UNIONES DE LOS MIEMBROS
En las cadenas biocinemáticas facilitan la multitud de posibilidades de movimientos
De la forma de unión y de la participación de los músculos en los movimientos depende su dirección y amplitud
PARES CINEMATICOS Es la unión móvil de los miembros La forma de unión determina las
limitaciones (enlaces) ante el movimiento relativo (condiciones de enlace)
La existencia de movilidad en la unión da a los miembros determinadas posibilidades de movimiento relativo (grados de libertad)
ENLACES
Pueden ser: Geométricos: obstáculo constante
al desplazamiento en determinada dirección
Cinemáticos: limitación de la velocidad, por ejemplo: un músculo antagonista
PARES CINEMATICOS
Pueden ser: De traslación: un miembro puede
desplazarse paralelamente al otro De rotación Helicoidales: cuando se combinan
los movimientos de traslación y rotación
CADENAS CINEMATICAS
Es la unión sucesiva o ramificada de una serie de pares cinemáticos
La cadena que tiene el miembro final libre se denomina abierta
La cadena que no tiene ningún miembro final libre se denomina cerrada
Cadena abierta Para cada unión, son posibles
movimientos aislados Son movimientos geométricamente
independientes de los movimientos de las otras uniones
Ejemplo: las extremidades cuando sus miembros finales están libres
Los movimientos en estas cadenas se caracterizan por una independencia relativa de los miembros
Cadena cerrada Estas cadenas son perennes o transitorias Es imposible que se produzca un
movimiento aislado único Los movimientos de unos miembros
influyen sobre los movimientos de otros, inclusive, sobre los miembros más lejanos
Ejemplo: esternón-costillas-columna-costillas-esternón
Las posibilidades de movimiento son menores pero la dirección es más exacta
MOVIMIENTOS CON DESPLAZAMIENTO DE CUERPOS EXTERNOS
Sirven para desplazar un cuerpo físico externo a la velocidad necesaria en la dirección adecuada
Son el fundamento de la mayoría de las acciones en los juegos con pelota
Difieren con las tareas dadas por el reglamento de las competencias y por la táctica
MOVIMIENTOS CON DESPLAZAMIENTO DE CUERPOS EXTERNOS
La forma externa de estos movimientos está dada por las características físicas del balón, el reglamento y la táctica del juego
Los movimientos con balón son realizados con interacción de choque
Es imprescindible transmitir al balón una velocidad dada (máxima) en la dirección necesaria
La velocidad necesaria del punto de trabajo de la cadena biocinemática, se alcanza mediante la aplicación de esfuerzos coordinados en el espacio de aceleración del cuerpo a desplazar
Suma de movimientos y velocidades Se realizan mediante los movimientos
compuestos de muchos miembros de las cadenas biocinemáticas
Al sumar los movimientos de los miembros en un movimiento compuesto, se solucionan tareas muy complejas: lograr una trayectoria dada, ejecutar movimientos simultáneos y consecutivos en muchas articulaciones con el trabajo de cientos de músculos
Suma de movimientos y velocidades Hay que crear condiciones óptimas para
aplicar esfuerzos de aceleración en el punto de trabajo
Obtener una velocidad con una magnitud dada y con una dirección determinada
Los movimientos en un mismo sentido aumentan la velocidad del miembro final de la cadena; e inversa
