Fundamentos Mecánicos del Movimiento Humano: Cinemática y Dinámica de la Marcha

Fundamentos Mecánicos del Movimiento en la Marcha

I. Análisis de la Traslación

En la fase de TRASLACIÓN, el proceso inicial implica calcular el tiempo de la zancada. Con este valor, se determina el tiempo de aceleración o freno del pie en torno a su eje. Este cálculo se realiza utilizando la fórmula del semipaso, bajo la premisa de que el tiempo del semipaso es el único intervalo donde el pie experimenta aceleración.

• Con este dato, es posible calcular la aceleración máxima y la aceleración de frenado del pie, las cuales son magnitudes opuestas.
• Posteriormente, se calcula la velocidad máxima del pie, que se alcanza justo cuando este llega a la altura de la cadera.

II. Estudio de la Rotación

En el estudio de la ROTACIÓN, es fundamental distinguir dos tipos de movimiento:

1. Rotación donde el pie actúa como eje y la cadera gira en torno a él, moviendo el resto del cuerpo.
2. Rotación donde la cadera actúa como eje y el pie rota a su alrededor para ejecutar el paso.

Rotación en Torno a la Cadera

Para la rotación centrada en la cadera, se siguen los siguientes pasos:

1. Cálculo del ángulo recorrido por el pie al acelerar, empleando la fórmula de arco tangente.
2. Determinación de la aceleración angular del pie, que abarca desde el inicio del movimiento hasta el punto bajo la cadera.

En el punto más bajo (bajo la cadera), el pie alcanzará su velocidad angular máxima. A partir de ahí, desacelera hasta detenerse completamente para el apoyo. El hecho de que el pie frene en el aire y se pose sin aceleración residual minimiza el desgaste del calzado contra el suelo.

III. Interacción entre Rotación y Traslación

Cuando la velocidad angular es máxima, también lo es la velocidad tangencial si consideramos el movimiento sin traslación. Esta se calcula mediante su fórmula específica, donde el radio corresponde a la altura del caminar.

Para obtener la velocidad tangencial del pie considerando la traslación, es necesario sumarle la velocidad promedio del cuerpo.

Con la información anterior, se pueden calcular las aceleraciones centrífugas máximas tanto en el escenario donde la cadera es el eje como en aquel donde el pie es el eje.

IV. Momentos de Inercia

En el cálculo de los MOMENTOS DE INERCIA, el primer paso es determinar la masa de la pierna. Esto se logra obteniendo primero su volumen, modelándola como un cilindro, y aplicando la fórmula de densidad del agua, dado que el cuerpo humano está compuesto mayoritariamente por este fluido.

Posteriormente, se calcula el momento de inercia de la pierna en torno a su centro de masa. Este valor, junto con la distancia entre el centro de masa y el eje de rotación, permite calcular el momento de inercia respecto al extremo mediante el Teorema de Steiner, ya que el eje de rotación considerado es diferente.

Es crucial comprender los momentos de inercia debido a su relevancia en el diseño de prótesis. Una distribución de masas diferente a la del miembro real obligaría al paciente a emplear más energía y dificultaría significativamente el control del movimiento.

V. Cálculo de Energías

Utilizando los momentos de inercia, es posible calcular las ENERGÍAS, que se clasifican en dos tipos: de traslación y de rotación.

• Cuando la rotación ocurre en torno a la cadera, estarán presentes ambas energías (traslación y rotación).
• Cuando la rotación es en torno al pie, no existe traslación (ya que el pie permanece fijo en el apoyo), pero sí existe energía de rotación.

El procedimiento comienza calculando la energía de traslación del cuerpo y, usando la misma fórmula, la de la pierna. Luego, se calcula la energía de rotación de la pierna. Finalmente, al sumar esta energía rotacional a la energía de traslación de la pierna, se obtiene la energía total máxima del individuo.

VI. Geometría del Caminar

En la sección de GEOMETRÍA DEL CAMINAR, se inician los cálculos con datos experimentales obtenidos de una prueba específica:

Se caminaron 6 metros en un intervalo de 7 segundos, completando 10 zancadas. Se consideró una pierna de longitud $L = 0.96$ metros.

Con estos datos iniciales, se procede a calcular:

1. El largo de la zancada.
2. El largo del semipaso (correspondiente a la mitad de la zancada).
3. La altura del caminar, obtenida mediante el Teorema de Pitágoras.
4. La velocidad media.