Biomecánica y Propiedades de Materiales: Conceptos Esenciales

Conceptos Clave de Biomecánica y Propiedades de Materiales

Leyes Fundamentales

• Ley de Delpech: El cartílago de crecimiento sometido a presión excesiva sufre un enlentecimiento del proceso de crecimiento. Si sufre tracción, lo acelera.
• Ley de Wolff: El hueso acomoda su masa y la distribución de esta según la carga impuesta sobre él.
• Nigg: Se refiere a las fuerzas que actúan y los efectos que producen en el contexto biomecánico.

Principios de la Mecánica

• Cinemática: Rama de la mecánica que sitúa cuerpos en el espacio y describe sus movimientos (desplazamientos, velocidades y aceleraciones) sin considerar las fuerzas que los provocan.
• Dinámica: Rama de la mecánica que relaciona el movimiento (o la falta de movimiento) con las fuerzas que lo provocan.

Propiedades Mecánicas de los Tejidos Biológicos

Hueso

• Hueso Cortical: Es más rígido, soporta mayor solicitación, pero con menos deformación (entre 1,5-2%).
• Hueso Esponjoso: Permite hasta un 50% de deformación antes de tensionarse; almacena energía.
• El hueso es más fuerte en resistencia a la tensión compresiva.
• El hueso es más débil en resistencia a la tensión de cizallamiento.

Cartílago

• Cargas Rápidas (ej. saltos): Se comporta como un sólido elástico, se deforma y recupera rápidamente.
• Cargas Lentas (ej. bipedestación): Se deforma progresivamente y expulsa líquido. Con el tiempo, recupera sus dimensiones.

Tendón

• Soporta tensión elevada longitudinal.
• Factores que aumentan su fuerza máxima:
  • Síntesis de colágeno.
  • Aumento de la sección transversal del tendón.

Ligamento

• Soporta cargas en todas direcciones.
• Factores que aumentan su rigidez y fuerza a tensión:
  • Mayor rigidez.
  • Mayor fuerza a tensión.

Conceptos Fundamentales y Definiciones

Magnitudes

• Magnitud: Todo aquello que se puede medir. Se dividen en:
  • Fundamentales: No dependen de otras magnitudes (ej. longitud, masa, tiempo).
  • Derivadas: Se obtienen a partir de operaciones entre magnitudes fundamentales (ej. velocidad, fuerza).
• Magnitud Escalar: Se representa con un único valor numérico (ej. temperatura, masa).
• Magnitud Vectorial: Se representa por módulo, dirección, sentido y punto de aplicación (ej. fuerza, velocidad).

Tipos de Vectores

• Vectores Lineales: Origen y extremo en la misma dirección.
• Vectores Paralelos: Tienen la misma dirección, pero pueden tener diferentes puntos de aplicación.
• Vectores Concurrentes: Tienen el mismo punto de aplicación y diferentes direcciones.

Comportamiento Viscoelástico

El término viscoelástico describe materiales que poseen propiedades tanto viscosas como elásticas. Esto significa que no solo resisten el flujo (como los fluidos viscosos), sino que también tienen la capacidad de deformarse elásticamente, como una goma.

• Cargas Rápidas (ej. saltos):
  • Se comporta como un sólido elástico (no pierde líquido).
  • Se deforma y se recupera rápidamente.
• Cargas Lentas (ej. bipedestación):
  • Se deforma progresivamente.
  • Se expulsa líquido.
  • Con el tiempo, recupera sus dimensiones.

Puntos Clave de Deformación

• Carga de Formación: Se refiere a la carga o fuerza que un material puede soportar antes de que ocurra una deformación irreversible o fractura.
• Punto Elástico: Es el punto en el que un material comienza a deformarse de manera elástica bajo la aplicación de una carga, recuperando su forma original al cesar la carga.
• Punto Plástico: Es el punto en el que un material pasa de un comportamiento elástico a un comportamiento plástico bajo carga, resultando en una deformación permanente.