Biomecanica

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¿ QUÉ ES LA BIOMECÁ NICA?
Es el campo de estudio que aplica
los principios de la mecánica al
análisis de las estructuras biológicas.
Estudia principalmente el movimiento
de los sistemas vivos y las fuerzas
internas y externas que causan o
influyen en éste.


Aristoteles: De Motu Animalium
(Del Movimiento de los animales)
"Analizó a los animales como sistemas
mecánicos.
"Introdujo el razonamiento deductivo y
matemático al estudio del movimiento animal.
(380 A.C)
(160 A.C)
Galeno: Médico y filósofo griego, se
considera el padre de la medicina deportiva...
"Médico a cargo de los gladiadores romanos.
"Además gran anatomista.
"
Disecciones Anatómicas, Del Funcionamiento
de las Partes.
"Su obra mantuvo vigencia por al menos 1400
años...
Da Vinci: Inventor, Ingeniero, Pintor, Escultor....
"Gran anatomista y disector.
"Mezcló magistralmente las artes y la ciencia.
"Innumerables estudios en ciencias biológicas y
físicas.
"Uno de sus muchos proyectos era crear un
guerrero autómata mecánico (Robot).
"Para esto hizo muchos estudios sobre el
comportamiento físico y mecánico del cuerpo
humano.
(Siglo XVI, Renacimiento)
Vesalius: Médico y anatomista Belga.
"En 1543 (a los 24 años) publica
De humani
corporis fabrica (Sobre la estructura del cuerpo
humano, De la fabricación del cuerpo humano).
"La obra contemplaba más de 300 grabados.
"Combatía abiertamente las teorías médicas de
Galeno.
"Fue un gran aporte al entendimiento de la fisiología
y anatomía humana.
(Siglo XVI, Renacimiento)
A.Borelli: Médico, Fisiólogo y Matemático Italiano.
-Funda la Escuela Iatrofísica de Medicina que considera
a la Matemática (y no la biología) como la clave para
entender el funcionamiento del cuerpo humano...
-Se le conoce como uno de los primeros Biomecánicos
Modernos.
-De Motu Animalium
(1680) se
considera el
primer tratado de
Biomecánica.
-Estudia el movimiento animal y
humano según las leyes y principios
de la mecánica.

-Fue el primero en entender el
cuerpo humano como un sistema
mecánico de palancas...

-Estudió el cuerpo humano en
condiciones de carga y como un
sistema en equilibrio...
-Estudió los sistemas de poleas y
sus aplicaciones en el sistema
musculoesquelético...

-También estudió los sistemas de
resortes y sus aplicaciones en
sistema musculoesquelético...

-Aplicó los conceptos de la física al
estudio del sistema locomotor de
los animales...
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"Estudia las fuerzas internas y
externas que actúan en un
cuerpo en reposo (estática) o en
movimiento (dinámica).
"Estudia las estructuras
componentes del S.M.E y sus
propiedades mecánicas.
(OBLICUAS)
" Analiza el efecto de estas fuerzas en los distintos
componentes del sistema musculoesquelético.

¿QUÉ ESTUDIA LA BIOMECÁNICA ACTUAL?
"Estudia las fuerzas internas y
externas que actúan en un
cuerpo en reposo (estática) o en
movimiento (dinámica).
"Estudia las estructuras
componentes del S.M.E y sus
propiedades mecánicas.
(OBLICUAS)
" Analiza el efecto de estas fuerzas en los distintos
componentes del sistema musculoesquelético.

MOVIMIENTO MECÁNICO DE LOS
SERES VIVOS
Se pone de manifiesto en:
Desplazamiento del biosistema en relación a su entorno está
sujeto a fuerzas internas y externas.
Deformación de este biosistema y sus partes constituyentes.
Las Leyes de Newton se aplican perfectamente al estudio del
cuerpo humano, ya sea en reposo o en movimiento.
CUERPO HUMANO COMO UN SISTEMA
(BIO) MECÁNICO
LEYES DE NEWTON AL SERVICIO
DE LA BIOMECÁNICA (REPASO)
1° LEY (INERCIA): “Un cuerpo tenderá a permanecer en
reposo (o en mov. rectilíneo uniforme) a no ser que intervenga
una fuerza externa”.
PÉRDIDA DEL REPOSO CAMBIO DE DIRECCIÓN
LEYES DE NEWTON AL SERVICIO
DE LA BIOMECÁNICA (REPASO)
2° LEY (ACELERACIÓN): “La aceleración que experimentará
un cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa sobre él, e
inversamente proporcional a su masa”.
+ FUERZA = + ACELERACIÓN + MASA = - ACELERACIÓN
F= m x a
LEYES DE NEWTON AL SERVICIO
DE LA BIOMECÁNICA (REPASO)
3° LEY (ACCIÓN-REACCIÓN): “Para cada acción, existe una
reacción de la misma magnitud pero de sentido contrario”.
REACCIÓN ACCIÓN
PARTICULARIDADES DEL MOV.
MECÁNICO DEL HOMBRE:
SE ORGANIZA EN FORMA DE ACCIONES MOTORAS
INTERRELACIONADAS.
FENOMENO MUY COMPLEJO.
PARTICIPA LA CONCIENCIA CEREBRO.
MOVIMIENTO: PLANIFICADO, CONTROLADO,
EFICIENTE Y “ECONÓMICO”.
EL HOMBRE EN SI NO REALIZA MOVIMIENTOS.
REALIZA ACCIONES MOTORAS.
COMBINACIÓN DE
MOVIMIENTOS.
CONTROL MOTOR
BIOINGENIERIA
ROBÓTICA
ERGONOMÍA- PREVENCIÓN DE
RIESGOS - DISEÑO P. DE TRABAJO
ANÁLISIS DEPORTIVO
BIOMECÁNICA CLÍNICA :
DESARROLLO Y CONSTRUCCIÓN DE
PROTESIS Y ORTESIS.
TRAUMATOLOGÍA - PATOMECÁNICA
ORTOPEDIA .
GIMNASIA TERAPEUTICAREHABILITACIÓN
TERAPIA MANUAL
VÍNCULOS DE LA BIOMECÁNICA :


CONCEPTOS
FUNDAMENTALES EN
BIOMECÁNICA
REPASO CLASE ANTERIOR...
FÍSICA
MECÁNICA
FISIOLOGÍA
AP.LOCOMOTOR
BIOMECÁNICA
CS. BIOLÓGICAS
MOV. HUMANOS
BÁSICOS
MOV. HUMANOS
ADAPTADOS
MOV. ORIENTADOS
A UNA ACCIÓN
CORRER
SALTAR
EMPUJAR
TRACCIONAR
CAMINAR
GOLPEAR
PRÓTESIS
COMPENSACIONES
ORTESIS
ÁMBITO LABORAL
DEPORTES
ÁMBITO
RECREACIONAL
A.V.D
FUERZAS
VECTORES
MASA
ACELERACIÓN
RESIST.
MATERIALES
S.N.C
CONTRACCIÓN
MUSCULAR
TASA DE
DISPARO
FATIGA MUSC.
T rayectoria
Rectilínea *
Circular *
Parabólico
Helicoidal
Los movimientos sujetos a estudio podrían
ser clasificados de acuerdo a :
Aceleración
Velocidad constante (MUR)
Velocidad variable (MAS)*
Velocidad uniformemente
variable (MUA)
CINEMATICA
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NOMENCLATURA Y CONCEPTOS NOMENCLATURA Y CONCEPTOS CINEMÁTICOS BÁSICOS
Trayectoria o itinerario = ! s
Desplazamiento = ! r
Rapidez media = v = ! s / ! t
Velocidad media = v = ! r / ! t
aceleración media = a = ! v / ! t
Velocidad instantánea = v = ! r / ! t
aceleración instantánea = a = ! v / ! t
Sólo cuando ! t tiende a 0
“Rama de la mecánica que estudia la relación entre las
fuerzas que actúan en uno o más cuerpos y los
cambios que éstas producen en el movimiento o la
forma
de ellos”. (Panjabi)
CINETICA
FUERZA
“Es una magnitud vectorial que se define como una
acción que produce (o tiende a producir) un cambio
en el movimiento y/o en la forma de un objeto”.
LAS 4 LAS 4 PROPIEDADES DE UNA
FUERZA SON:
PUNTO DE APLICACIÓN
LÍNEA DE ACCIÓN
DIRECCIÓN (ángulo de aplicación)
MAGNITUD (cantidad de fuerza aplicada)
MATEMÁTICAMENTE: F = m x a
SE REPRESENTA POR UN
“VECTOR”

UNIDADES...
Aceleración: Cambio de velocidad de un
cuerpo en un intervalo de tiempo. Es una
entidad vectorial.
Velocidad: Cambio de posición de un
cuerpo en un intervalo de tiempo.
También es una entidad vectorial.
Acción de una fuerza neta sobre un cuerpo
En el cuerpo humano
Internas
externas
FUERZAS INTERNAS:
Se caracterizan por la interacción entre los segmentos internos
constituyentes de una cadena cinética.
Pueden ser:
ACTIVAS
:
PASIVAS:
Fuerzas de tracción muscular.
Fuerzas de reacción articular, tensión
ligamentosa, fricción, inercia.

Fuerza de Gravedad.
Peso.
Inercia.
Fuerzas de Resistencia del medio.
Fricción por rodadura, Deslizamiento y Torsión.
Impactos externos.
Etc.
FUERZAS EXTERNAS:
Derivan de la interacción entre una cadena cinética (o el cuerpo completo)
y el medio externo.
Principio de los movimientos integrados
Las funciones de los segmentos corporales no
se deben estudiar de forma aislada, pero sus
movimientos si.
Principio del equilibrio
En En condiciones normales
existe un equilibrio entre las
estructuras con
conservación de una
situación estáticodinámica
CONCEPTOS CONCEPTOS FUNDAMENTALES
DE LA MECÁNICA.
CUERPO: Cualquier objeto con masa y dimensiones determinadas.
MOVIMIENTO: Representa el cambio de posición de un cuerpo en el
espacio (producto de una fuerza). Puede ser de tipo:
ANGULAR LINEAL
EJE FIJO DE
MOVIMIENTO
ROTACIÓN
TRASLACIÓN
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
DE LA MECÁNICA.
SISTEMAS DE
REFERENCIA:
Se utilizan para describir el movimiento de los cuerpos.
Muy útiles en biomecánica.
Intentan responder preguntas como:
-Cuán rápido se desplaza un objeto?
-Como es el movimiento del objeto?
-El objeto acelera o desacelera?
-Etc…
Coordenadas
Interv. de tiempo
Cuerpo de referencia
CONDICIONES PARA QUE EXISTA
MOVIMIENTO...
UN OBJETO
UN MEDIO
UN SISTEMA DE REFERENCIA
UNA FUERZA
CADENAS CINÉTICAS
“Son uniones móviles entre dos o más cuerpos que se
encuentran en contacto mediante uniones articuladas”.
Los elementos integrantes de estas cadenas cinéticas de denominan,
en el contexto de la Biomecánica, “miembros”.
(Par cinético: Dos segmentos móviles unidos por una articulación).
CONCEPTO ÚTIL EN
REHABILITACIÓN:
•CC ABIERTA
•CC CERRADA

CADENAS CINÉTICAS
ABIERTA : El segmento final de la cadena está libre.
CADENAS CINÉTICAS
•En general se dan en las EESS.
•Se puede dar en las EEII si no
están en contacto con el suelo.
CADENAS CINÉTICAS
CERRADA: El (o los) segmento o miembro final de la
cadena se encuentra fijo.
•En general se dan en las EEII con
el pie fijo en el suelo.
•Se puede dar en las EESS con las
manos fijas en el suelo.
LA ESTÁTICA DE LAS CADENAS CINÉTICAS TIENE
COMO TAREA FUNDAMENTAL EL ESTUDIO DE SUS
CONDICIONES DE EQUILIBRIO.
SE ENTIENDE POR ESTADO DE
EQUILIBRIO DE UNA CADENA CINÉTICA
QUE SE ENCUENTRA BAJO LA ACCION DE
FUERZAS, UNA POSICION TAL, EN LA
CUAL LA CADENA PUEDE PERMANECER
UN TIEMPO
INDETERMINADO EN REPOSO RESPECTO
AL SISTEMA DADO DE REFERENCIA.
En la DINÁMICA de las cadenas cinéticas,
desempeñan una función esencial las magnitudes que
caracterizan la
DISTRIBUCIÓN (GEOMETRICA) DE LAS
MASAS.
En la Biomecánica se ha establecido analizar el CENTRO
DE GRAVEDAD (CENTRO DE MASAS)
como el punto
de aplicación de la fuerza de gravedad resultante de
todos los miembros de las cadenas cinéticas.
CENTRO DE GRAVEDAD (CG)
“Corresponde a un punto imaginario en un cuerpo, en donde se
encuentra concentrada la acción de la fuerza de gravedad”.
“También se puede
entender como el punto de
balance en un sistema”.
“El CG también se puede
encontrar eventualmente en
un pto. imaginario fuera del
cuerpo”.
CENTRO DE GRAVEDAD (CG)
• Un cuerpo es una distribución continua de masa.
• En cada partícula de masa actúa la fuerza de
gravedad.
La posición donde la Fuerza de gravedad
actúa de manera neta, se conoce como
centro
de gravedad (CG).
• Es el punto ubicado en la posición promedio
donde se concentra el peso total del cuerpo.
Llamamos
centro de masas (CM) al punto ponderado
donde se supone que
se ubica concentrada toda la
masa de un cuerpo
. El centro de masas se encontrará
siempre donde mayor cantidad de masa se localice.
TORQUE
Cuando un cuerpo posee un punto de apoyo,
puede suceder que producto de una fuerza
aplicada, este cuerpo tienda a desplazarse en
torno al apoyo. Este movimiento se conoce
como Torque (T), es una magnitud vectorial y
se mide en Newton metros (Nm)
TORQUE
Definición:
-Torque se podría definir como la “tendencia de una fuerza a producir la rotación
de un objeto alrededor de un eje específico”.
-“Es la expresión rotacional de una fuerza”
-También se denomina “Momento de fuerza”
-Matemáticamente:
T= F x Bp
T: Torque (Nm)
F: Fuerza (Newton)
Bp: Brazo de palanca (mt.)
BRAZO DE PALANCA
BRAZO DE PALANCA
RELACIÓN FUERZA-BRAZO DE PALANCA
Brazo de palanca:
Es la distancia más corta (perpendicular, 90°) entre la línea
de acción de la fuerza y el eje de rotación.
PARA UNA MISMA FUERZA DADA:
•A > Brazo palanca, > torque
•A < Brazo palanca, < torque
PARA UN MISMO BRAZO DE PALANCA
DADO:
•A > Fuerza, > torque
•A < Fuerza, < torque
UNA FUERZA APLICADA EN EL EJE DE
ROTACIÓN (Bp=0) NO GENERA TORQUE
Cuando se aplica una fuerza en algún punto de un cuerpo
rígido, el cuerpo tiende a rotar en torno a algún eje de
Rotación. El producto vectorial entre la
posición r y la
Fuerza F aplicada se llama TORQUE
T = F X r
/T/ = /F/ / r/ sen " (N m)
T = (+) si la rotación es sentido antihorario
T = (-) si la rotación es sentido horario
/ r/ = BF o brazo de fuerza
.
PALANCA
Un sistema de palancas consiste en:
-Una barra rígida (Palanca) (1)
-Eje, Fulcro o pto. de Apoyo (2)
+
-Una Fuerza (Potencia) (3)
-Una Resistencia (4)
Corresponden a los sistemas
mecánicos más simples que
existen…
TIPOS DE PALANCA
PALANCA DE 1º CLASE
“INTERAPOYO”
•El punto de apoyo (fulcro) se encuentra
entre la Potencia (Fza) y la Resistencia.
EJEMPLOS PALANCA DE 1º CLASE
INTERAPOYO
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TIPOS DE PALANCA
PALANCA DE 2º CLASE
“INTERRESISTENCIA”
•La Potencia (Fza) y la Resistencia
se encuentran a un lado del punto
de Apoyo (fulcro).
•La Resistencia a vencer se
encuentra entre el punto de Apoyo
y la Potencia.
EJEMPLOS I PALANCA DE 2º CLASE
I NTERRESISTENCIA
3 TIPOS DE PALANCA
PALANCA DE 3º CLASE
“INTERPOTENCIA”
•La Potencia (Fza) se encuentra
entre la Resistencia a vencer y el
punto de Apoyo (fulcro).
Este tipo de palanca es la que se
encuentra en mayor proporción
en el cuerpo humano.
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EJEMPLOS PALANCA DE 3º CLASE
INTERPOTENCIA
Representa la eficacia de una fuerza con relación a una palanca
(la relación del peso al esfuerzo)
V. M. =
-Brazo de esfuerzo o de Fuerza (BP ó BF):
Es la distancia perpendicular desde el fulcro al
punto de potencia (P) o fuerza (F).
-Brazo de resistencia o peso (BR): Es la distancia
desde el fulcro al punto de peso (P) se considera
como brazo de peso.
F
BP
BR
Al calcular la VM se cumple:
Si VM > 1; la palanca es mecánicamente
efectiva.
Si VM < 1; la palanca es mecánicamente no
efectiva.
Si VM = 1; si ambas fuerzas son iguales, el
cuerpo permanece en equilibrio.
VENTAJA MECÁNICA
BP
BR
EN EL CUERPO HUMANO:
HUESOS LARGOS PALANCAS
ARTICULACIONES EJES DE ROTACIÓN
MÚSCULOS FUERZA MOTRIZ
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EQUILIBRIO
F x BF x sen ! = R x BR x sen !
F
= Fuerza
BF = Brazo de Fuerza
R = Resistencia
BR = Brazo de
Resistencia
UN EJEMPLO…
T brazo-mano = 45N x 0.15 mt. = 6.75 Nm
T pesa = 420N x 0.4 mt. = 168 Nm
T biceps = (6.75 + 168) =
174.75 Nm
(en equilibrio)
Debe ser un valor mayor para que
pueda levantar el peso…
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“Se refieren a la posibilidad
de movimientos (puros) que
tiene una articulación en un
sistema de referencia de tres
dimensiones”.
El número máximo de posibles grados de libertad en una
articulación es de tres :
1. Flexión - Extensión
2. Abducción - Aducción
3. Pronación - Supinación
GRADOS DE
LIBERTAD
OPCIONES DE
MOVIMIENTO EN EL
ESPACIO DE UN
OBJETO
SIN PUNTOS
FIJOS.
UN OBJETO SIN PUNTOS FIJOS TIENE 6 G.L (a)
UN OBJETO CON 1 PUNTO FIJO, TIENE 3 G.L (b)
UN OBJETO CON 2 PUNTOS FIJOS, TIENE 1 G.L (c)
(a) (b) (c)
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GRADOS DE LIBERTAD
¿De qué dependen los
grados de libertad?
Configuración anatómica
articular...
FINE
“Serpientes del mar IV (detalle)”. Gustav Klimt

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