Nordin_Bases biomecánicas.5ed

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CAPÍTULO 1

IntroduccIón a la bIomecánIca: termInología y conceptos básIcos

los efectos mecánicos de la región proximal del brazo sobre su región distal. Además de que, como lo ilustra la gura 1-2A (que no es un diagrama completo de cuerpo libre), fuerzas de reacción musculares y articulares de igual mag nitud pero con dirección opuesta actúan también sobre la región proximal del brazo.

implicadas en y en torno a las articulaciones en diferentes posiciones posturales del cuerpo humano y sus segmentos. El propósito inmediato del análisis estático es dar respuesta a preguntas como: ¿Qué tensión deben ejercer los músculos extensores del cuello sobre la cabeza para sostenerla en una posición especí ca? Cuando una persona se inclina, ¿cuál sería la fuerza ejercida por el músculo extensor de la columna sobre la quinta vértebra lumbar? ¿Cómo varía la compresión en las articulaciones del codo, la rodilla y el tobillo con la apli cación de fuerzas externas y con distintas disposiciones seg mentarias? ¿Cómo varía la fuerza sobre la cabeza femoral con cargas llevadas en la mano? ¿Cuáles son las fuerzas implicadas en los distintos grupos musculares y articulaciones en condi ciones de ejercitación diversas? En general, las incógnitas en los problemas de estática que implican al sistema musculoesquelético son las magnitudes de las fuerzas de reacción articular y las tensiones musculares. El análisis mecánico de una articulación esquelética obliga a conocer las características de los vectores de las tensiones en los músculos, las localizaciones apropiadas de las inserciones musculares, los pesos de los segmentos corporales y las ubica ciones de los centros de gravedad de los segmentos corporales. Resulta evidente que los modelos mecánicos son representa ciones simples de sistemas complejos. Muchos modelos están limitados por presunciones que deben establecerse para redu cir al sistema que se analiza a uno con determinación estática. Cualquier modelo puede mejorarse al considerar la contribu ción de otros músculos, pero eso incrementará el número de incógnitas y convertirá al modelo en uno indeterminado desde la perspectiva estática. Para analizar el modelo mejorado, el investigador necesitaría información adicional relacionada con las fuerzas musculares. Esta información puede obtenerse por medio de mediciones electromiográ cas de las señales musculares o al aplicar ciertas técnicas de optimización. Puede hacerse un análisis similar para investigar las fuerzas implica das en y en torno a otras articulaciones grandes del sistema musculoesquelético. Al actuar sobre ellos fuerzas externas, los objetos pueden sufrir traslación en la dirección de la fuerza neta y rotar en la dirección del torque neto que actúa sobre ellos. Si un objeto se sujeta a fuerzas de aplicación externa pero se encuentra en equilibrio estático, entonces lo más probable es que sufra cierto cambio de con guración local. El cambio de con gu ración local bajo el efecto de las fuerzas aplicadas se conoce como deformación. El grado de deformación que un objeto puede sufrir depende de muchos factores, entre ellos las pro piedades del material, el tamaño y la forma del objeto; facto res ambientales, como el calor y la humedad; y la magnitud, dirección y duración de las fuerzas aplicadas. Una manera de identi car fuerzas es observar su tenden cia a deformar el objeto sobre el cual se están aplicando. Por ejemplo, se dice que el objeto se encuentra en tracción o ten sión si tiende a elongarse, y compresión si tiende a encogerse

CONDICIONES PARA EL EQUILIBRIO

La estática es un área de la mecánica aplicada que se vincula con el análisis de las fuerzas sobre cuerpos rígidos en equilibrio. Un cuerpo rígido es aquel que se asume como indeformable. En realidad, todo objeto o material puede sufrir cierto grado de deformación cuando actúan fuerzas sobre él. En algunos casos, el grado de deformación puede ser tan pequeño que pudiera no afectar el análisis deseado, y se asume que el objeto es rígido. En mecánica, el término equilibrio implica que el cuerpo de interés está ya sea en reposo o se mueve con una velocidad constante. Para que un cuerpo se encuentre en un estado de equilibrio, tiene que tener equilibrio tanto traslacional como rotatorio. Un cuerpo se encuentra en equilibrio traslacional si la fuerza neta (suma de vectores de todas las fuerzas) que actúa sobre el mismo es de cero. Si la fuerza neta es de cero, enton ces la aceleración lineal (tasa temporal de cambio de la velo cidad lineal) del cuerpo es de cero, o bien la velocidad lineal del cuerpo es constante o de cero. Un cuerpo se encuentra en equilibrio rotatorio si el momento neto (suma de vectores de los momentos de todas las fuerzas) que actúa sobre el mismo es cero. Si el momento neto es de cero, entonces la aceleración angular (tasa temporal de cambio de la velocidad angular) del cuerpo es de cero, o bien la velocidad angular del cuerpo es constante o de cero. De este modo, para un cuerpo en estado de equilibrio las ecuaciones de movimiento (segunda ley de Newton) toman las siguientes formas especiales: Σ F = 0 y Σ M = 0 Es importanterecordarquefuerzaymomentosoncantidades vectoriales. Por ejemplo, respecto de un sistema de coordena das rectangulares (cartesiano), los vectores de fuerza y mo mento pueden tener componentes en las direcciones x, y y z. De este modo, si la fuerza neta que actúa sobre un objeto es de cero, entonces la suma de fuerzas que actúan en cada direc ción debe ser igual a cero ( Σ F x = 0, Σ F y = 0, Σ F z = 0). De manera similar, si el momento neto en un objeto es de cero, entonces la suma de momentos en cada dirección también debe ser igual a cero ( Σ M x = 0, Σ M y = 0, Σ M z = 0). Por ende, para los sistemas tri dimensionales de fuerza existen seis condiciones de equilibrio. Para los sistemas bidimensionales de fuerza en el plano xy solo es necesario veri car tres de estas condiciones ( Σ F x = 0, Σ F y = 0 y Σ M z = 0).

MODALIDADES DE DEFORMACIÓN SAMPLE

ESTÁTICA

Los principios de la estática (ecuaciones de equilibrio) pueden aplicarse para investigar las fuerzas musculares y articulares