Explorando la Biomecánica del Desplazamiento Humano al Caminar

Principios Biomecánicos del Desplazamiento Humano

Cálculo de Parámetros Fundamentales de la Marcha

Se considera una persona que recorre una determinada distancia en cierta cantidad de tiempo, realizando 4 zancadas, que corresponden a las veces que el talón toca el suelo. Con estos datos, calculamos primero el largo de la zancada. A partir del largo de la zancada, podemos determinar el largo del semipaso, que equivale a la mitad de la zancada. Una vez calculados los datos anteriores y utilizando el largo de la pierna, es posible obtener la altura al caminar mediante el teorema de Pitágoras.

Dinámica de la Traslación

Posteriormente, en la fase de traslación, para calcular la velocidad promedio, utilizamos el tiempo y la distancia caminada. Después, si calculamos el tiempo en que avanza una zancada con la fórmula del semipaso, podremos determinar el tiempo que demora en acelerar el pie hasta alcanzar su velocidad máxima. Esto ocurre cuando el pie llega justo a la altura de la cadera, siendo también el mismo tiempo que demora en desacelerar hasta frenar cuando rota en torno a la cadera.

Mecánica de la Rotación en la Marcha

En la fase de rotación, identificamos dos tipos de rotaciones principales:

• Una cuando el pie actúa como eje y la cadera gira en torno a este, moviendo el cuerpo.
• Otra cuando la cadera es el eje y el pie rota en torno a esta para completar el paso.

Para la rotación en torno a la cadera, calculamos primero el ángulo recorrido por el pie al acelerar utilizando la fórmula de arco tangente. Luego, obtenemos la aceleración angular del pie, que abarca desde el inicio del movimiento hasta que se posiciona bajo la cadera, donde alcanzará una velocidad angular máxima. Posteriormente, desacelera hasta frenar y es entonces cuando se apoya en el suelo.

Cuando la velocidad angular es máxima, también lo es la velocidad tangencial sin traslación (utilizando la fórmula 58, donde el radio corresponde a la altura al caminar). Para calcular la velocidad tangencial del pie con traslación, es necesario sumarle la velocidad promedio.

Con los datos anteriores, es posible calcular las aceleraciones centrífugas máximas, tanto cuando la cadera es el eje como cuando el pie lo es. En este punto, es crucial mencionar la importancia de la gravedad, ya que esta contrarresta la inercia, impidiendo que nuestro zapato o nuestro cuerpo salgan despedidos.

Momentos de Inercia y su Relevancia

En el estudio de los momentos de inercia, lo primero que se calcula es la masa de la pierna, la cual se obtiene a partir de la densidad del cuerpo. Se considera la pierna como un cilindro y se procede a calcular el momento de inercia del centro de masa. Sin embargo, como el momento de inercia se requiere para la cadera, se utiliza el teorema de Steiner, que nos permite conocer el momento de inercia respecto a otro eje paralelo.

Es fundamental comprender los momentos de inercia, ya que para las prótesis, la distribución de masas es crucial. Si esta distribución fuese distinta a la del miembro real, el paciente necesitaría emplear más energía y se dificultaría su control.

Cálculo de Energías en el Movimiento

Con los momentos de inercia, podemos calcular las energías implicadas. Existen dos tipos principales:

• Energía de traslación
• Energía de rotación

Cuando la rotación es en torno a la cadera, estarán presentes ambas energías. No obstante, cuando la rotación es en torno al pie, no habrá traslación (ya que el pie no se desplaza), pero sí existirá energía de rotación.

Una vez obtenidas las energías de rotación y traslación, podemos calcular la energía total que la persona necesitará para moverse.