Bio mecánica: Fuerza y Elasticidad

FACULTAD DE ENFERMERÍABIOFÍSICA 2011 II

PRIMERA SESIÓN (Jueves, 18 de agosto de 2011, hora: de 15:00 a 18:00 Hrs):1.FUERZA MUSCULAR.2.ELASTICIDADBIBLIOGRAFIA: Física para las ciencias de la vida CromerFísica para la ciencia de la vida David Jou Mirabeut

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA

1. Movimiento. Interactuar con los huesos del musculo esquelético y cambiar o mantener las posiciones del cuerpo y sus partes.

2. Apoyo. Los huesos y los músculos de anclaje , soportan al cuerpo humano.

3. Protección. Muchos huesos forman cámaras endurecidas o canales que rodean y protegen los órganos internos blandos.

4. Almacenamiento de Mineral. Los huesos son un reservorio de calcio y fósforo. Los depósitos y retiros de estos iones ayudan a mantener su concentración en los fluidos corporales.

5. La formación de células de sangre. Sólo algunos huesos contienen el tejido donde se forma las células sanguíneas.

FUNCIONES DE LOS HUESOS

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patella


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13/04/2023Mag. Ing. JAVIER HERNANDEZ

MUÑANTE

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Podría decirse que el ATP es la moneda energética del metabolismo. Es principalmente esta molécula la que intercambia la energía metabólica en todos los organismos vivos.

ATP (adenosín Trifosfato):


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APLICACIÓN DE FUERZA MUSCULAR – RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS

FUERZA.- Son las acciones de un cuerpo sobre otro y que afecta el estado de movimiento o de reposo del cuerpo sobre el cual actúa.UNIDADES

Sistema Internacional de Unidades S.I. : F = Newton ; 1N 1Kg m/s2 c.g.s dina

M.K.S N (Newton)

Técnico Kgf (kilogramo fuerza) o Kg

Ingles Libf (libra fuerza)

Equivalencias:

1 Kgf = 9,8 N1 lbf = 0,46 Kgf = 4,45 N1 poundal = 1 pdl = 0,031 lbf = 0,138 N


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FUERZA DE GARAVEDAD : Fuerza con que la tierra atrae a todos los objetos. La dirección de esta fuerza apunta al centro de la tierra .FUERZA ELÁSTICA : Fuerza

con que un cuerpo elástico, sufre deformaciones en su longitud la cual al dejar de actuar vuelve a su estado original. F = KX

FUERZA DE ROZAMIENTO : Es una fuerza aplicada por una superficie a un objeto en contacto con ella, siempre es paralela a la superficie, se opone a cualquier fuerza aplicada exteriormente al objeto. Fr = µ N

FUERZAS COMUNES EN LA NATURALEZA



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LA FUERZA MUSCULAR, RESISTENCIA MUSCULAR O RESISTENCIA ANAERÓBICA: es una de las capacidades físicas, y representa la capacidad neuromuscular de superar una resistencia externa o interna gracias a la contracción muscular, de forma estática (fuerza isométrica) o dinámica (fuerza isotónica)



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BIOMECÁNICA

Condiciones para que el cuerpo se halle en equilibrio.Primera Condición de Equilibrio. se refiere a las fuerzas resultantes que actúan sobre el cuerpo. (traslación)

0F 0F 0F 0F 0F



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BIOMECÁNICA

SEGUNDA CONDICIÓN.- Equilibrio de rotación, se refiere a las fuerzas que producen giro alrededor de un punto. Es la forma general de la Ley de la Palanca

0 oM

http://www.arcesw.com/bmca_archivos/palanca3.GIF



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F

θ

Fx

Fy F = fuerza actuante

Fx = Componente de la fuerza F en el eje x

Fy = Componente de la fuerza F en el eje y

DESCOMPOSICIÓN Y COMPOSICIÓN DE FUERZAS

FUERZA MUSCULAR – RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS


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1. El tendón del bíceps de la Fig. ejerce una fuerza Fm de 7 kp sobre el antebrazo. El brazo aparece doblado de tal manera que esta fuerza forma un ángulo de 40° con el antebrazo. Hallar las componentes de Fm (a) paralela al antebrazo (fuerza estabilizadora) y (b) perpendicular al antebrazo (fuerza de sostén).



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2. Con el brazo en posición horizontal, tal como se muestra en la Fig., la mano ejerce una fuerza de 9 Kgf sobre la balanza. Hallar los módulos de las fuerzas Fm y Fc que ejerce sobre el antebrazo el tríceps y el húmero. (no considere el peso del antebrazo)



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3. La pierna en la posición de la Figura se mantiene en equilibrio gracias a la acción del ligamento patelar. A partir de las condiciones de equilibrio, determinar: a) la tensión T del ligamento; (b) el valor y la dirección de la fuerza R. Tomar como datos: masa de la persona, 90 kg; masa de la pierna, 9 kg; α = 40º (Suponer que T actúa en un punto situado en la misma vertical del punto donde actúa la fuerza R.)



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4. El músculo deltoides sube el brazo hasta una posición horizontal. El músculo está fijado a 15 cm de la articulación y forma un ángulo de 18° con el húmero. Suponiendo que el peso (P) del brazo es de 40N y que se puede aplicar todo él en el centro de masas situado a 35 cm de la articulación. F

m

FcP

ARTICULACIÓN



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5. El aductor de la cadera, que conecta la cadera al fémur, consta de tres músculos independientes que actúan a diferentes ángulos. La fig. muestra los resultados de medidas de la fuerza ejercida por separado por cada músculo. Determine el vector resultante

BIOMECÁNICA (TENSIÓN Y COMPRESIÓN – FLEXIÓN Y TORSIÓN)


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Los objetos constituidos por materiales naturales siempre pueden deformarse e incluso pueden romperse al aplicar fuerzas o momentos.



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ESFUERZOS “δ”Se define como la fuerza por unidad de área. La fuerza aplicada al cuerpo debe ser perpendicular a su área transversal.

AF

F = Fuerza aplicada: N, Kgf o Kp, Lib.

A = Área transversal: m2, pie2, pulg2.

F y A son perpendiculares



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CASOS:

a.- Cuando se aplica ESFUERZOS NO MUY GRANDES.- Los desplazamientos relativos de los diversos puntos del material son proporcionales a la fuerza.

b.- Cuando se aplican ESFUERZOS GRANDES.- Entra a la zona no lineal, las que pueden ser:

* Elásticas: Cuando al cesar el esfuerzo aplicado al objeto recupera el tamaño y la forma inicial.

* Plástica: al cesar el esfuerzo persiste una deformación permanente.



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Deformación Unitaria “ ε ”:Es el cociente entre la variación

de longitud del objeto en una dirección y su longitud en esa misma dirección antes de estar sometida a la tracción.

0LL

L = Alargamiento del Objeto.

L0 = Longitud inicial del Objeto

ε = a dimensional

Lf = Longitud final0LLL f



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Módulo de Young “ E”:Constante de proporcionalidad, característica de las propiedades elásticas del objeto.

= E ε = Esfuerzo : N/m2

E = Módulo de Young: N/m2

ε = Deformación unitaria.



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Deformación o variación de longitud “L”Al aplicar una fuerza a un objeto de longitud L0 se mantiene bajo la acción de un esfuerzo de tracción constante δ y se deforma una longitud L, entonces:.

EAFL

L 0F = Fuerza aplicada.L0 = Longitud inicial.E = Módulo de Young.A = área transversal.



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L0

F

AF

ESFUERZO DE TRACCIÓNSe da cuando se somete un cuerpo a dos Fuerzas iguales y de sentido contrario. El cuerpo se estira, se deforma.

ESFUERZO DE COMPRESIÓNSe produce cuando dos fuerzas iguales y de sentido opuestos comprimen un objeto.

L0

F

F

A



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Tabla Nº 1 Módulo de Young, límite elástico y resistencia de algunos sólidos corrientes. Los valores recogidos aquí son representativos de cada material. Los valores reales para una muestra particular pueden diferir muchos de éstos.

SUSTANCIA Módulo de Young 109 N/m2

Límite elástico sE 109

N/m2

Resistencia a la tracción

107N/m2

Resistencia a la compresión

109N/m2

Aluminio 70 18 20

Hueso*

Tracción 16 12

Compresión 9 17

Ladrillo 20 4

Cobre 120 20 40

Vidrio, cuarzo fundido 70 5 110

Granito 50 20

Hierro forjado 190 17 33

Mármol 60 20

Poliestireno 3 5 10

Cuarzo 70

Acero 200 30 50

Madera 10 10

Fuente: Física para las ciencias de la vida. Alan H. Cromer. Pag. 23



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1.- Un alambre de 13,500 m de largo se estira hasta una longitud de 13,507 m.

a) ¿Cuál es la deformación unitaria del alambre estirado?.

b) b) Si el alambre es de Cobre ¿Cuál es el esfuerzo necesario para producir esta deformación? c) Si el área de la sección transversal del alambre es 4 x 10-5 m2 ¿cuál es la tensión del alambre estirado?.

Resp. a) 5,18 x10-4; b) 6,22 x 107 N/m2 ; c) 2488 N

EJERCICIOS DE APLICACIÓN



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2.- Calcular la resistencia a la compresión relativa L = δCOM / ρg; de :

a) un hueso;

b) el vidrio;

c) el granito y

d) la madera.

ρhueso= 1,6 g/cm3 ; ρgranito= 2,7 g/cm3 ; ρmadera= 0,7 g/cm3




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3.- Supóngase que las paredes del intestino son un cilindro elástico de 3 mm de grosor y que el tejido tiene de módulo de Young E = 107 M m-2. Su radio en estado de reposo es de 2 cm. Hallar la tensión a la que estará sometida las paredes del intestino cuando se dilata hasta 3cm. Resp. 1,5 x 104 N m4.- La Ley de Hooke establece que la fuerza recuperadora al estirar un muelle o un objeto elástico es proporcional al alargamiento o compresión (L). Recordando que la energía potencial elástica viene dada por la ecuación U = (½) k ( L)2. Calcular la energía potencial elástica almacenada en un músculo de langosta (E = 2x106 N m-2, L=0,72 m, diámetro 0,13mm) cuando se comprime 0,30 mm ¿Con qué velocidad saltaría un saltamontes de 2 g si convierte esta energía potencial elástica de los músculos de sus patas impulsoras en energía cinética. Resp. U = 1,66x10-6 J ; V= 0,006 m s-1


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