Apuntes bm 1
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2011 Javier Sierra Romero Editorial FJSierras 08/12/2011 Apuntes Biomecánica del Deporte
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2011
Javier Sierra Romero
Editorial FJSierras
08/12/2011
Apuntes Biomecánica del
Deporte
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APUNTES JAVIER SIERRAAPUNTES JAVIER SIERRAAPUNTES JAVIER SIERRAAPUNTES JAVIER SIERRA: BIOMECÁNICA DEL DEPORTE: BIOMECÁNICA DEL DEPORTE: BIOMECÁNICA DEL DEPORTE: BIOMECÁNICA DEL DEPORTE
ÍNDICE: Pagina
TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA BIOMECÁNICA
1. Definición de la BM . . . . . . . 2
2. Perspectiva Científica del análisis del movimiento Deportivo . 3
3. Técnicas y medios utilizados en BM . . . . . 3
TEMA 2: BASES CONCEPTUALES DEL MOVIMIENTO EN BIOMECÁNICA
4. Fundamentos de Cinemática . . . . . . 5
5. Planos y Ejes de Movimiento . . . . . . 6
6. Sistemas de Referencia Espaciales y Temporales . . . 10
7. Marco de Calibración . . . . . . . 13
AVANCE TEMA 3: CONCEPTOS PREVIOS
8. Clasificación del Movimiento . . . . . . 15
9. Cinemática lineal, cinemática angular y sus relaciones . . 17
DETERMINACIÓN DEL CENTRO DE GRAVEDAD (CG)
10. Métodos para calcular el CG . . . . . . 21
TEMA 3.1: BASES MECÁNICAS DEL MOVIMIENTO. CINEMÁTICA
11. Trayectoria Vs. Desplazamiento . . . . . 26
12. Velocidad Lineal . . . . . . . 30
13. Aceleración Lineal . . . . . . . 31
14. Movimiento Angular . . . . . . . 33
TEMA 3.2: BASES MECÁNICAS DEL MOVIMIENTO. ESTÁTICO
15. Equilibrio y estabilidad . . . . . . 35
16. Centro de Masa y Centro de Gravedad . . . . 35
17. Ángulos de Caída . . . . . . . 39
18. Tipos de equilibrio según la estabilidad . . . . 40
19. Estabilidad y Postura . . . . . . . 44
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TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA BIOMECÁNICA
1. Introducción: Definición de la B.M.
Es la mecánica de los sistemas vivos. Comprende el conocimiento de las fuerzas
mecánicas que producen los movimientos, su soporte anatómico, iniciación neuronal,
control integrado, percepción y diseño central.
“Ciencia que estudia la aplicación de las leyes de la mecánica a las estructuras y
los órganos de los seres vivos”. RAE
La biomecánica es la ciencia que examina las fuerzas interiores y exteriores que
actúan sobre el cuerpo humano y los efectos producidos por ellas.
BIOMECÁNICA
BIOLOGÍA + MECÁNICA
Estudio de los seres vivos Movimiento de los cuerpos
BIOMECÁNICA VS
CINESIOLOGÍA
Mecánica Física Mecánica Bioestructural
Movimientos Básicos Movimientos Adaptados
Marcha, Carrera, Saltos, Golpeos, Lanzamientos, Natación…
Prótesis, Ortopedia, Deportes Adaptados…
BIOMECÁNICA
CINEMÁTICA CINÉTICA
Estudia el movimiento sin importarle las causas
Estudia el movimiento y las causas que lo producen
ESTÁTICA DINÁMICA
BIOMECÁNICA: CAMPOS DE APLICACIÓN
MEDICINAL OCUPACIONAL ACTIVDAD FÍSICA Y DEPORTIVA
Dental, rehabilitación, traumatología, mecanismos de
lesión.
Relación del hombre con las máquinas con las que trabaja y
se relaciona.
El movimiento del ser humano El medio en el que se practica A.F. y Deporte
Material e instalaciones
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2. Perspectiva científica del análisis del movimiento deportivo:
Es una disciplina científica, y como tal, utiliza el método científico (procedimiento
regular, explícito y repetible) REPLICABILIDAD.
Trata de analizar desde la perspectiva científica de la física, lo que implica pasar de la
mera formulación verbal de los hechos a utilizar un lenguaje matemático, para dar una
explicación de las relaciones casuales que relacionan la eficacia del movimiento.
- Problemas asociados al análisis biomecánico:
o Interferencias de las técnicas de registro en la realización de un gesto.
o Características cinantropométricas y musculares de los deportistas.
o Tipo de gesto.
o Proceso de aprendizaje.
CLASIFICACIONES DE LA BIOMECÁNICA
INVASIVIDAD MECÁNICA
Externa Interna Cinemática Dinámica
Cinética Estática
- Objetivos de la Biomecánica (E.F. y Deporte):
o Elaborar principios para evitar lesiones.
o Desarrollar métodos de medición sencillos, de fácil aplicación en las
clases.
o Describir las técnicas deportivas.
o Buscar las técnicas más eficaces desde el punto de vista mecánico.
o Desarrollar métodos de medida más precisos y rápidos en la obtención
de los resultados.
o Responder a las necesidades de los entrenadores.
o Desarrollar nuevos materiales deportivos.
- Ciencias de apoyo a la Biomecánica:
o Fisiología.
o Control Motor.
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3. Técnicas y medios utilizados en Biomecánica:
a. Según el origen de los registros:
i. Externos al sistema biológico.
ii. Internos al sistema biológico.
b. Grado de automatización:
i. Medidas directas.
ii. Medidas indirectas.
TÉCNICAS DE ANÁLISIS BIOMECÁNICO
Técnicas Análisis Cinético Técnicas Análisis Cinemático
� Plataformas Dinamométricas � Sistemas de Registro y Análisis de
Presiones � Dinamómetros � Mesa Isocinética � Fibra Óptica
� Fotogrametría/Cinematografía (2D/3D) � Realidad Virtual � Electrogoniometría � Acelerometría � GPS
TÉCNICAS DE ANÁLISIS FISIOLÓGICO
� Electromiografía � Termorregulación
- Plataformas Dinamométricas (aplicaciones):
o Análisis de la marcha.
Descripción de patrones sanos/patológicos, evolución.
o Análisis de la carrera.
Tiempo de apoyo/pico apoyo talón (prevención de lesiones).
o Análisis del apoyo plantar.
Batida, saltos (tiempo apoyo, ángulo de salida), último apoyo.
o Valoración del equilibrio.
Mediante el análisis de la posición de la proyección vertical del CG.
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TEMA 2: BASES CONCEPTUALES DEL MOVIMIENTO EN BIOMECÁNICA
El análisis del movimiento humano requiere de la descripción detallada de los
cambios de posición del cuerpo, o de sus segmentos (cinemática), así como de la
identificación de las causas que lo producen (cinética).
El primer paso para realizar este análisis será identificar el cuerpo o grupos de
cuerpos, segmentos y/u objetos cuyo movimiento se requiere analizar.
Cuando observamos un movimiento y queremos hacer su descripción, será necesario
identificar el lugar o marco de referencia (sistema de referencia) en donde tiene lugar
el movimiento.
El sistema de referencia será necesario para la especificación del cuerpo, de un
segmento o de un objeto, así como para describir si ocurren cambios en su posición.
El sistema de referencia puede ser fijo o hallarse en movimiento.
(SR Absoluto Vs. SR Relativo)
4. Fundamentos de cinemática:
Rama de la mecánica que se encarga de la descripción espacial y temporal de los componentes del movimiento. Conceptos: posición, velocidad y aceleración.
- Análisis cinemático:
a. Cualitativo (subjetividad) Técnica Deportiva.
b. Cualitativo (objetividad) Campo actuación de la Biomecánica.
Resultados numéricos objetivos.
El movimiento se produce cuando un cuerpo ocupa espacios diferentes en tiempos diferentes
Sistemas de referencia:
o Funciones:
� Conocer la posición de la partícula.
� Cuantificar el movimiento.
o Determina:
� El reposo.
� El movimiento.
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5. Planos y Ejes de Movimiento:
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6. Sistemas de Referencia Espaciales y Temporales:
Lo que se puede y no se puede medir: Magnitudes.
Magnitud es todo aquello que se puede medir.
Medición:
Comparar dos cosas de las mismas características, una de las cuales se toma como
referencia en lo que se conoce como unidad.
Para realizar una medición hacen falta tres cosas:
• Un patrón de medida (estándar, S.I).
• Un Instrumento de medición.
• Un método de medición.
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Sistemas de Referencia:
Conjunto de convenciones usadas por un observador para poder medir la posición y otras magnitudes físicas de un objeto o sistema físico en el tiempo y el espacio.
a) Sistemas de referencia de espacio:
En BM el sistema de referencia puede colocarse en:
• Una línea del terreno deportivo.
• La ubicación inicial de: CG del cuerpo, CG de un implemento deportivo, un
centro articular.
• Un lugar elegido arbitrariamente.
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b) Sistemas de referencia de tiempo:
Tipos de Sistemas de Referencia: Existen diferentes tipos de sistemas de referencias
(inerciales, no inerciales, cuasi-inerciales).
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7. Marco de Calibración:
Se trata de un objeto físico que se utiliza para ubicar el sistema de referencias. Se
conocen perfectamente sus dimensiones y su orientación respecto al terreno
deportivo.
El propio marco de calibración nos permite situar el sistema de referencias con su
punto cero y las direcciones de los ejes de coordenadas.
Puede ser cualquier objeto sólido del que podamos conocer las mediciones con
precisión:
El marco de calibración permite:
• Situar el sistema de referencias.
• Conocer la escala del plano o volumen a analizar.
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- ¿Qué hace falta para un análisis 3D?
AVANCE TEMA 3: CONCEPTOS PREVIOS
8. Clasificación del movimiento:
a) En cuanto al tipo de trayectoria descrita:
- Movimiento Lineal:
o Rectilíneo.
o Curvilíneo.
- Movimiento Angular
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b) En cuanto al tipo de velocidad adquirida por el móvil:
- Movimiento Uniforme.
- Movimiento Variable.
o Acelerado (uniforme o variable).
o Desacelerado (Uniforme o variable).
9. Cinemática Lineal, Cinemática Angular y sus relaciones:
- Cinemática Lineal: Proyectiles:
Un cuerpo que una vez proyectado sobre el aire, tras la aplicación de una fuerza
propulsiva, describe una trayectoria aérea en la que se ve afectado por la atracción de
gravedad, además de mantener el estado de movimiento generado por la fuerza
propulsiva previa.
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o Ángulo de Salida del proyectil:
Ángulo de proyección, con respecto al plano, adquirido por el móvil cuando
abandona el contacto del elemento propulsivo que le proporciona el inicio de su fase
aérea.
Ángulo de entre 0º y 90º:
90º -> Trayectoria ascenso-descenso (máxima trayectoria ascendente).
0º -> Parábola con trayectoria descendente.
45º -> Parábola con máximo alcance.
o Altura de Salida del Proyectil:
Indica la diferencia de altura vertical existente entre la posición inicial y final, cn
respecto al suelo, adoptada por parte del proyectil.
- Cinemática Angular:
Movimiento Angular: Implica que todas las partículas de un móvil describen el mismo
ángulo de desplazamiento, pero no el mismo desplazamiento lineal.
Es necesario un eje de giro o rotación.
o Parámetros:
� Posición y Desplazamiento Angular (ángulo).
� Velocidad Angular (Ɯ).
� Aceleración Angular (α).
Ángulo: Formado por la intersección de dos rectas, dos planos y una recta y un plano,
que se cruzan. Determina la orientación de estas líneas o planos sobre el otro plano o
línea. Unidades de Medida: Grados o Radián (S.I.)
o Posición Angular:
Indica la orientación de una línea respecto a otra.
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Ángulo Absoluto: La línea o plano respecto al cual se calcula el ángulo está fija e
inmóvil. Relaciona un segmento u objeto respecto al sistema de referencia inercial.
Ángulos Segmentarios.
Ángulo Relativo: La línea o plano respecto al cual se calcula el ángulo es móvil. Suelen
coincidir con los ejes longitudinales de los segmentos que se cortan en los centros
articulares. Ángulos Articulares.
o Desplazamiento Angular: Es el incremento en la posición angular efectuada
por un cuerpo en movimiento de rotación.
o Velocidad Angular: Variación de la posición angular (desplazamiento
angular) en un tiempo determinado.
o Aceleración Angular: Variación de la velocidad Angular en un tiempo
determinado.
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DETERMINACIÓN DEL CENTRO DE GRAVEDAD:
Todo objeto posee su CG, incluyendo los seres vivos. En objetos con densidad
constante el CG coincide con su centro geométrico. Sin embargo, en objetos como el
cuerpo humano en los que existen distintas densidades y los segmentos son móviles,
tenemos que buscar otras estrategias para calcular el CG.
Conocer la posición del CG en porcentaje respecto a la talla puede resultar útil para
orientar sobre la predisposición de un deportista para realizar un tipo de deporte u
otro. Estudios fijan la posición media del CG en hombres en un 56.18% y en mujeres en
un 55.43%.
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En deportes en los que interesa aumentar la estabilidad, como el judo o la gimnasia,
será favorable tener el CG por debajo de los valores medios, mientras que en deportes
como la natación o el salto de altura interesa tenerlo por encima.
10. Métodos para calcular el CG:
Los métodos existentes se pueden clasificar en dos categorías: directos e indirectos.
a) Métodos Directos:
La ventaja es que calculan la posición del CG directamente con el objeto, lo que les
da mayor precisión y de manera más rápida.
El inconveniente que presentan es que sólo se pueden aplicar en posiciones estáticas
y no se pueden usar en situación real de competición.
Una forma sencilla fue ya propuesta por Borrell. Consiste en colocar al sujeto encima
de una tabla en equilibrio, apoyada sobre un Fulcro cuando el sujeto está equilibrado.
De esta forma, en cada ensayo sólo se tiene la localización de un plano. En cualquier
caso, el método es difícil de realizar.
Método de la plomada: Colgando el objeto, el lugar en el que se cruzan las líneas
corresponde a la localización del CG. Si se colgara desde otros puntos las líneas
verticales seguirían cruzándose en el mismo punto.
Con el método de la tabla de Reynolds y Lovett también se puede calcular la posición
del CG sin necesidad de mantener el cuerpo en equilibrio. El sistema forma una
palanca. La distancia hasta el CG coincide con el brazo de resistencia. Como
conocemos el resto de variables, se puede calcular el valor de esa distancia.
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El método de Balser se basa en el mismo principio, y con él se puede calcular el CG en
dos planos a la vez. Se necesita un tablón cuadrado y un mínimo de dos básculas. El
tablón se apoya sobre las básculas y sobre otro punto fijo. Coincidiendo los valores
registrados por las básculas se obtienen las coordenadas X e Y de la posición del CG.
Encima de la tabla se puede colocar la persona simulando posiciones deportivas,
aunque también con la limitación de que tienen que ser estáticas.
b) Métodos Indirectos:
Permiten conocer la posición del CG en cualquier situación a partir de una fotografía
o de un vídeo tomado durante la ejecución de un movimiento o técnica deportiva.
Estos métodos son ideales para el análisis en situación real de competición, ya que no
interfieren en la actuación del deportista.
El inconveniente es que requieren procesos más laboriosos y en los que se pueden
introducir errores mayores que en los métodos directos.
Existen diversas formas de calcular el CG por métodos indirectos. El principio en el
que se basan es el de considerar al objeto como una unión de segmentos rígidos
independientes. Cada uno de ellos tiene su propio peso, y la suma de todos los pesos
parciales resulta el peso total.
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Una vez tenemos la imagen del cuerpo del que queremos calcular el CG, debemos
seguir los siguientes pasos:
I. División del cuerpo en segmentos:
El cuerpo humano se simplifica en un modelo alámbrico compuesto por un mínimo
de 14 segmentos. Cada segmento queda delimitado por dos puntos. Los puntos de las
articulaciones son comunes a dos segmentos, de manera que un modelo de 14
segmentos tiene 22 puntos.
II. Localizar el CG y el peso de cada segmento.
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TEMA 3.1: BASES MECÁNICAS DEL MOVIMIENTO: CINEMÁTICA
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11. Trayectoria Vs. Desplazamiento:
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La distancia recorrida por un móvil es la longitud de su trayectoria y se trata de una magnitud escalar.
En cambio, el desplazamiento efectuado es una magnitud vectorial. El vector que representa al desplazamiento tiene su origen en la posición inicial, su extremo en la posición final y su módulo es la distancia en línea recta entre la posición inicial y la final.
Si nos dicen que un coche circula durante una hora a 60 Km/h no podemos saber en qué lugar se encontrará al cabo de ese tiempo porque no sabemos la dirección en la que ha viajado.
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Hay muchas magnitudes físicas, como por ejemplo la velocidad, en las que hay que especificar una dirección para describirlas completamente. Por ejemplo, si sabemos que el coche anterior se movía hacia el Norte, ya no tenemos el problema de antes.
o Son escalares las magnitudes que se describen con un valor y una unidad.
o Son vectoriales las magnitudes que se describen usando un valor, una
unidad, un sentido, una dirección y un punto de aplicación.
Las magnitudes vectoriales se representan a través de vectores, que tienen las siguientes características:
Una magnitud es vectorial cuando, para su completa definición, además del número y la unidad, se requiere conocer la dirección, el sentido que tiene, y el punto donde se aplica.
Velocidad, aceleración, fuerza, son magnitudes vectoriales.
Ejemplo:
En el ejemplo anterior, el móvil que va de A-B, se ha desplazado 0 metros, recorriendo una distancia de 10 metros.
Las magnitudes básicas para analizar el movimiento son espacio y tiempo. Dentro del espacio hay que diferenciar entre desplazamiento y posición.
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12. Velocidad Lineal:
La velocidad es una magnitud con componente escalar (rapidez) y vectorial
(velocidad). En inglés se distingue entre speed (escalar) y velocity (vectorial).
La velocidad por lo tanto es una magnitud vectorial. Es necesario conocer su
dirección y sentido para saber hacia dónde se mueve el móvil. En movimientos
rectilíneos y sentido para saber hacia dónde se mueve el móvil. En movimientos
rectilíneos coincide con la trayectoria, en curvilíneos el vector velocidad es tangencial a
la trayectoria.
- Velocidad Media:
Es la obtenida en un trayecto determinado. Se obtiene dividiendo la trayectoria o
espacio total entre el tiempo empleado en el recorrido. Ejemplo: carrera de 100m. con
célula en salida y meta. En el Sistema Internacional (SI) se mide en metros partido por
segundo (m/s).
- Velocidad Instantánea:
Es la velocidad medida en un instante concreto, en un espacio infinitesimal. En una
carrera de 100 metros, se acercan las fotocélulas cada vez más hasta que coinciden en
un punto. Corresponde al concepto de derivada. La velocidad es la derivada del
espacio con respecto al tiempo. La derivada significa que se calcula como la velocidad
media, sólo que con un incremento de tiempo tan pequeño que se considera
instantáneo.
¿Qué es lo que mide el velocímetro de un coche?
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13. Aceleración Lineal:
La aceleración es una magnitud que mide la variación de la velocidad a lo largo del
tiempo.
La velocidad no es constante sino que varía. Puede variar uniformemente o
variablemente.
También es una magnitud vectorial. Dirección igual a Velocidad.
- Matemáticamente:
Aceleración Media: Variación de la velocidad en un intervalo de tiempo determinado.
En el SI se mide en metros partido por segundo al cuadrado (m/s2).
Aceleración Instantánea: Valor de la aceleración en un instante concreto. Se calcula
como la derivada de la velocidad con respecto al tiempo.
La velocidad se despeja de la ecuación de la aceleración:
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Dónde:
i. V = Velocidad.
ii. V0 = Velocidad Inicial.
iii. a = Aceleración.
iv. t = tiempo
Y el espacio recorrido es como sigue:
Dónde:
v. Sf= Espacio Recorrido.
vi. Si = Espacio ya Recorrido al inicio del movimiento.
vii. Vi = Velocidad Inicial.
viii. a = Aceleración.
ix. t = Tiempo
Ejemplo: Un corredor de 100 metros hace una marca de 10 segundos. Con estos
datos podremos conocer su velocidad media.
Vm = 100m/10.00s = 10 m/s
Sólo con la velocidad perdemos información.
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14. Movimiento Angular:
Corresponde a movimientos que se desarrollan sobre una trayectoria circular. En
estos movimientos, además de medir lo que se desplaza el móvil, podemos medir su
ángulo con respecto a un punto que actúa con como eje de giro.
- Velocidad Angular:
Así como la velocidad lineal indica la rapidez con la que el móvil cambia de posición,
la velocidad angular indica la rapidez con la que el móvil gira.
Al igual que en el rectilíneo, existe velocidad angular media e instantánea.
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Matemáticamente:
En el SI la unidad son radianes por segundo.
- Aceleración Normal o centrípeta:
La aceleración angular también se calcula respecto al ángulo recorrido.
Matemáticamente:
Existe otro tipo de aceleración en el movimiento circular. En el movimiento circular
(acelerado o no), la velocidad lineal se mantiene tangencial a la trayectoria. Aunque no
cambie la magnitud de la velocidad si cambia su dirección.
En los movimientos circulares, la velocidad lineal va cambiando se dirección
constantemente para ser tangencial a la trayectoria, por lo tanto ese cambio en
dirección es debido a una aceleración especial, que es la aceleración normal o
centrípeta.
Su vector apunta al centro de giro. Es por tanto perpendicular a la velocidad lineal.
Esta aceleración afecta a la velocidad lineal, pero no cambiándole el módulo, sino la
dirección. Su ecuación es la siguiente:
Dónde:
An = Aceleración Normal; v = Velocidad Lineal; r = radio de giro.
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TEMA 3.2: BASES MECÁNICAS DEL MOVIMIENTO: ESTÁTICA
15. Equilibrio y Estabilidad:
El equilibrio es un concepto que engloba diferentes aspectos. Puede ser abordado
desde diferentes disciplinas. No es lo mismo el equilibrio para la BM que para la
fisiología o para la psicología.
Desde el punto de vista de la BM se analiza el equilibrio desde la perspectiva de la
relación entre las fuerzas que actúan en un sistema. Este análisis entra dentro de la
parte de la mecánica llamada estática.
- Equilibrio y estabilidad son conceptos distintos:
El equilibrio se produce cuando la resultante de las fuerzas externas y las de sus
momentos de fuerza son cero (equilibrio relacionado con el mantenimiento de la
postura).
- Definiciones:
“capacidad de asumir y sostener cualquier posición del cuerpo contra la ley de la
gravedad” Moston, 1968.
“Término genérico que describe la dinámica de la postura corporal para prevenir las
caídas, relacionado con las fuerzas que actúan sobre el cuerpo y las características
inerciales de los segmentos corporales” Winter, 1995.
16. Centro de Masa y Centro de Gravedad (CM y CG):
CG: Punto fijo de un cuerpo material o un sistema coordinado donde actúa la fuerza
resultante.
CM: Punto de un cuerpo material o sistema coordinado que se mueve como si la
masa total del sistema se hallara en el citado punto y todas las fuerzas externas fuesen
aplicadas al mismo.
Distintos conceptos, coincidentes en la práctica.
Es posible estudiar cualquier movimiento de un sistema a partir del movimiento de
su CG.
Si sobre un SC que se desplaza por el aire, actúa sólo la Fg su CG describe una
trayectoria parabólica y constituye el centro de giro del sistema.
Si se balancea un cuerpo homogéneo, la balanza se equilibrará en su punto medio, el
cual coincide con el CG (sumatorio de los momentos ejercidos por las fuerzas que
actúan sobre el cuerpo es cero).
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En los cuerpos homogéneos que poseen un eje de simetría éste es también el CG.
El CG de un cuerpo o SC puede estar situado fuera de la superficie del cuerpo.
Si se conoce el CG y el peso de dos cuerpos que componen un sistema, se puede
determinar el CG total del sistema y éste será el punto de aplicación de la resultante
de las dos fuerzas paralelas del mismo sentido.
Centro de masas (CM) y el centro de gravedad (CG) son dos conceptos similares pero
no idénticos.
El CM hace referencia a la masa, y por lo tanto mantiene características de ésta,
mientras que el CG hace referencia al peso. Parte de las diferencias entre masa y peso
valen para CM y CG.
El CM es el punto medio en el que se puede concentrar toda la masa de un cuerpo.
Es como si cogiéramos la posición de cada partícula e hiciéramos una medida de todas.
Por lo tanto, en el centro de masas sabemos que tenemos igual cantidad de masa en
cualquier dirección.
No se ve afectado por las condiciones de la gravedad, depende exclusivamente del
reparto de la masa.
El CG, es el punto en el que se concentra la fuerza de la gravedad ejercida sobre un
cuerpo, resultado de la que afecta a cada una de sus partículas. El concepto es similar
al CM pero referido al peso. Desde el CG, existe la misma gravedad hacia un lado que
hacia otro, con lo cual, si sujetamos un cuerpo por su centro de gravedad, éste se
mantendrá en equilibrio.
¿Puede ocurrir que el CM y el CG de un cuerpo se encuentren en lugares distintos?
En condiciones habituales sobre la superficie de la tierra y con objetos cotidianos, a
efectos prácticos se considera que ambos se encuentran situados en el mismo lugar.
Sin embargo, puede ocurrir en determinadas situaciones en las que un cuerpo es tan
grande que atraviesa por distintos estados gravitatorios, que el CM y el CG no
coincidan. En la luna o un gran rascacielos atraído por la gravedad terrestre, cuanto
más alejado de la superficie menor es la fuerza de la gravedad. Por lo tanto la materia
más cercana es atraída con mayor fuerza que la más alejada.
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Otra característica interesante es que el CG no tiene por qué estar situado dentro de
la materia del objeto; en un aro, en un balón o en un tubo se sitúan fuera de la
materia. En el cuerpo humano podemos mover los segmentos. El peso de los
segmentos desplaza el CG hacia ellos. Incluso se puede sacar fuera del cuerpo:
Generando el impulso en el suelo se franquea un listón a una altura superior:
En el salto de altura o salto con pértiga se saca el CG del cuerpo para conseguir
franquear el listón a una altura superior:
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- Utilidad del cálculo del CG:
El CG se utiliza para simplificar el análisis del movimiento y las fuerzas que se aplican
sobre un cuerpo. Su cálculo tiene las siguientes aplicaciones:
a. Analizar diferentes posiciones de equilibrio.
b. Describir trayectorias en saltos aunque se muevan los segmentos.
c. Conocer el lugar en torno al que se producen los giros en el aire.
d. Describir trayectorias de desplazamientos de jugadores en deportes de cancha.
- Determinación:
o Métodos Directos:
Ventajas: Se realizan sobre el cuerpo, implican mayor precisión, obtención rápida.
Inconvenientes: Situaciones estáticas e imposibilidad de utilización en una situación
real.
o Métodos Indirectos:
Ventajas: Permiten conocer el CG en cualquier situación a partir de una fotografía o un
vídeo. Análisis durante la ejecución de un gesto técnico deportivo.
Inconvenientes: Requieren procesos laboriosos basados en cálculos indirectos.
Fundamentos en considerar el objeto global como una unión de segmentos rígidos
independientes más sencillos. Cada uno tiene su CG y peso diferente.
Problema:
� Definir el número de segmentos que componen el cuerpo
humano (método segmentario).
� Conocer la localización del CG de cada segmento.
� Determinar el peso de cada segmento.
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17. Ángulos de Caída:
Definición de Base de Sustentación (BS): La BS es el área cuyo perímetro queda
definido por la unión de los puntos de apoyo más distales de un cuerpo en el suelo. Los
bordes externos son aristas de caída.
o No es necesario que la base sea sólida, puede estar formada por puntos
de apoyo sin conexión.
o En el cuerpo humano en posición anatómica, BS queda delimitada por
los márgenes externos de los pies. Si se usaran muletas, quedaría
delimitada por el área entre los pies y los puntos de apoyo de las
muletas.
o En principio, cuanto mayor sea la base de sustentación, mayor
estabilidad tiene el cuerpo.
A través de la relación entre el CG y el BS se puede conocer el estado de equilibrio
de un cuerpo. Esta relación queda definida por los ángulos de caída. Existe un ángulo
de caída por cada arista de caída. Es el ángulo que resulta entre un plano vertical que
pasa por la arista de caída y otro plano vertical que pasa por la misma arista y por el
CG.
Cuanto más centrado se encuentra el CG dentro de la BS, mayores son los ángulos de
caída y más estable permanece el cuerpo, ya que es mayor la distancia que debe
recorrer hasta cualquiera de los puntos de desequilibrio, que son las aristas de caída.
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18. Tipos de equilibrio según la estabilidad:
Según la estática, se produce equilibrio en un sistema cuando la suma de las fuerzas y
la suma de los momentos es igual a cero.
El equilibrio se clasifica en tres categorías:
o El equilibrio estático: Cuando un cuerpo está en reposo (tiene BS y no
modifica su posición).
o Equilibrio Cinético: Cuando está en movimiento rectilíneo uniforme (una
bicicleta en línea recta).
o Equilibrio dinámico: Cuando intervienen fuerzas inerciales (una bicicleta
dando una curva).
Estudiaremos únicamente el estático, que a su vez se descompone en tres categorías:
Estable, inestable y neutro o indiferente.
La estabilidad se relaciona con la energía potencial:
Como la masa y la gravedad son constantes, podemos decir que varía con la altura del
CG.
El equilibrio es un término absoluto. Se está equilibrado o desequilibrado, concepto
no demasiado útil en Biomecánica.
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El equilibrio estable corresponde a las posiciones en las que la energía potencial es
mínima.
Se define como aquél en el que una fuerza perturbadora no impide que el cuerpo
vuelva a su posición inicial. Es el tipo de equilibrio en el que las fuerzas y los momentos
de fuerza que actúan sobre el cuerpo, tanto externas como internas, se anulan.
El equilibrio inestable, a las que la energía potencial no es mínima. Una pequeña
fuerza perturbadora provoca que el cuerpo se aleje de su posición inicial.
El equilibrio neutro o indiferente, cuando la energía potencial es constante.
Corresponde a un estado en el que una fuerza perturbadora no conduce a un cambio
en el equilibrio. Una fuerza externa no hace que el cuerpo se desequilibre.
Realmente estos estados no son compartimentos estancos, sino que cualquier
cuerpo se encuentra en un “contínuum”. El equilibrio es un estrado transitorio. Un
mismo objeto puede estar en cualquier estado de equilibrio según la situación.
La rueda alemana puede ser un equilibrio neutro (fácil de dominar), pero también
puede inclinarse y pasar a ser un equilibrio inestable (difícil de controlar) y también
puede acabar de caerse y encontrarse en equilibrio estable (muy fácil de controlar).
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Modificando el tamaño de la BS y la altura del CG, se pueden plantear progresiones
en el aprendizaje de habilidades. Ejemplo en gimnasia:
- Factores que afectan a la estabilidad:
De todo lo anterior se deduce que la estabilidad de un cuerpo depende básicamente
de tres factores:
i. La proyección del CG respecto a la BS:
Indica la distancia horizontal desde el CG hasta las aristas de caída. En principio,
un CG centrado en la BS corresponde a un equilibrio estable, mientras que cuando
el CG se aproxima a las aristas de caída se trata de un equilibrio inestable. Una vez
que el CG salga de la BS, se produce el desequilibrio.
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A mayor distancia, mayor es el desplazamiento que debe realizar el CG para llegar
al borde de la BS. Esta condición también evidencia que el objeto es más estable
cuando tiene una BS mayor en la dirección de la fuerza perturbadora. Puede
ocurrir que una misma BS sea más o menos estable en función de la dirección de
esa fuerza.
En la salida de las carreras de atletismo y natación, se buscan posiciones de
equilibrio inestable acercando la proyección del CG a la arista de caída delantera,
para así conseguir reaccionar más rápido y aprovechar el desequilibrio en la
impulsión.
ii. La altura del CG relativa a la BS:
Implica una mayor o menor energía potencial. A mayor altura, mayor energía
potencia y por lo tanto más inestable es el objeto. En deportes en los que se
requiera un alto grado de estabilidad, se mantendrá el CG lo más bajo posible.
Ejemplo: deportes de lucha, pívot baloncesto, etc.
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iii. El peso del cuerpo:
Influye en la estabilidad en el sentido de que cuanto más pesa el objeto, más
masa tiene y mayor inercia posee, de manera que mayor fuerza es necesaria para
cambiar su estado de reposo. En los deportes de lucha se establecen categorías por
peso y no por altura, ya que esta última tiene menor importancia que el peso. Los
luchadores siempre intentan mantenerse en el mayor peso posible dentro de la
categoría, ya que de esta forma obtienen ventaja.
Puede hablarse de un cuarto factor, que es el rozamiento con el suelo. Desde un
punto de vista mecánico, los cuerpos rígidos sobre un suelo deslizante mantienen
mayor estabilidad. Al empujar un bloque macizo sobre el hielo, en lugar de
bascular por una arista de caída elevando el CG (ganando energía potencia), se
desplaza horizontalmente, es decir, mantiene su energía potencial constante, con
lo que se equipara a un equilibrio neutro o indiferente.
Sin embargo, en el equilibrio de un cuerpo humano intervienen más factores que
los puramente mecánicos, así que no podemos afirmar que un suelo resbaladizo
sea beneficioso para la estabilidad en la práctica deportiva.
19. Estabilidad y Postura.
Estabilidad: Capacidad del cuerpo para mantener el equilibrio. Concepto relativo.
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- Estabilidad: Factores condicionantes.
o Base de Sustentación (BS):
La BS es el área que queda delimitada por los márgenes externos del apoyo de los
pies y todo lo que queda entre ellos. El tamaño de BS es modificable.
o Proyección del Centro de Gravedad:
La estabilidad depende de la distancia comprendida entre la proyección del CG sobre
BS y el límite de ésta.
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o Altura del Centro de Gravedad:
La estabilidad del sistema mejora cuando el CG del sistema baja con respecto a la
base de sustentación. Tener en cuenta las limitaciones humanas en cuanto a movilidad
articular y predisposición muscular a la contracción.
o Peso:
No influye directamente sobre el equilibrio, pero sí sobre la estabilidad.
A más peso -> más masa -> más inercia -> más tendencia a mantener el estado de
reposo.
o Rozamiento:
Afecta a la capacidad de reequilibrio. A mayor rozamiento más facilidad para
recuperar el equilibrio mediante cambios posturales.
- Equilibrio en posiciones estáticas. Categorías:
o La estabilidad del equilibrio está relacionada con la energía
potencial (Ep): Ep = m * g * h
o Categorías:
Equilibrio Estable: Ep mínimo -> CG esta a la altura más baja que le
permite su situación.
Equilibrio Inestable: Una fuerza provoca que el cuerpo se aleje de su
posición inicial buscando una más estable.
Equilibrio Neutro: Ep = constante.
o Aparecen aceleraciones y cambios de dirección -> F. Inerciales.
o Las F. Inerciales surgen a partir de la inercia de los cuerpos
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Ej: Atleta corriendo una curva.
- Ajustes posturales:
o Conllevan un cambio de actitud o posición segmentaria.
o Mecanismos:
a) Mediante la compensación con la parte superior del cuerpo:
Desplazamientos de cargas pesadas.
Embarazo.
Tacones demasiado altos.
� Implica hiperextensión de la columna vertebral.
b) Mediante cambios en el centro de presión:
Zapatos demasiado planos -> hiperextensión de rodilla y
desplazamiento del centro de presión hacia delante -> elevación
de la pelvis -> incremento de la curvatura lumbar.
