Biomecánica básica. Pedro Perez Soriano
de movimiento angular (L) (también llamada momento angular) se consigue multiplicando la inercia por la velocidad angulares (L = I.ω) y se usa para explicar el aumento de velocidad de giro de los patinadores cuando se agrupan y también los cambios del eje sobre el que giran los gimnastas en algunos saltos, cuando transfieren la cantidad de movimiento angular que tenían en un determinado segmento corporal, como un brazo, o una pierna o la cabeza, a otro eje, al cambiar la posición de ese segmento. En el SI se mide en kg.m2 rad/s (figura 7).
Figura 6. Cuando la misma persona, girando por el mismo eje (en la figura es un eje transversal), adopta posiciones más agrupadas, disminuye la inercia angular, y cuando se extiende (alejando la masa del eje de giro), la inercia angular aumenta. En las posiciones A-D se gira en fase aérea (por el centro de gravedad), mientras que en la posición E se gira colgado, respecto a una barra fija. Las inercias angulares en estas posiciones oscilarán desde 6 hasta 83 kg·m2 para la misma persona.
Figura 7. Una persona que pese 60 kp (kilogramos de fuerza) tiene, en el SI, una masa de 60 kg y un peso de 588,6 N (60 kg·9,81 m/s2). A su vez, una persona que pese 80 kp tendrá en el SI 60 kg de masa y un peso de 784,8 N.
3.5. Fuerza, momento de una fuerza e impulso mecánico
La fuerza (F) es el resultado de aplicar una aceleración a una determinada masa (F = m.a). El peso de cualquier cuerpo o persona es el resultado de aplicar la aceleración de la gravedad (9,81 m/s2) sobre su masa. En el SI, las fuerzas se miden en newtons (N). Una persona que pese 60 kg de fuerza (60 kilopondios) tendrá en el SI una masa de 60 kg y un peso de 588,6 N (que es el resultado de 60 kg. 9,81 m/s2) (figura 8).
PUNTO CLAVE
El peso de una persona es una fuerza ejercida al aplicar hacia el centro de la tierra la aceleración de la gravedad sobre su masa. En el Sistema Internacional de unidades se mide en newtons (N).
El momento de una fuerza (MF) es la tendencia a girar que provocará una fuerza aplicada en una dirección que no pasa por el eje de giro de un cuerpo (M = F d). Esta magnitud se usa, por ejemplo, para conocer el efecto de la fuerza generada en la contracción muscular sobre la articulación que moviliza el músculo. La distancia por la que se multiplica la fuerza, llamada brazo, se mide perpendicularmente a la dirección de la fuerza hasta el eje de giro. En el SI, el momento de una fuerza se mide en newtons multiplicados por metro (N.m). En ergonomía se habla de un principio de economía de esfuerzo para mantener cualquier postura, que consiste en minimizar los momentos de las fuerzas que actúan sobre las articulaciones de nuestro cuerpo. Para ello, los segmentos del cuerpo tendrán que estar lo más alineados que sea posible para que las direcciones de las fuerzas de sus pesos pasen lo más cerca posible de los centros articulares.
El impulso mecánico (I M) contempla la fuerza a lo largo del tiempo (IM = F.Δt). Es una forma más real de analizar el efecto que tienen las fuerzas sobre los cuerpos ya que raramente éstas actúan instantáneamente sino que lo hacen variando su módulo a lo largo de un determinado tiempo. Conociendo el impulso mecánico sabremos cuánto varía la cantidad de movimiento de un cuerpo. Esto es lo mismo que conocer cómo variará la velocidad de un cuerpo ya que su masa será constante (F.Δt = m.Δv).
Figura 8. Una persona que pese 60 kp (kilogramos de fuerza) tiene, en el SI, una masa de 60 kg y un peso de 588,6 N (60 kg·9,81 m/s2). A su vez, una persona que pese 80 kp tendrá en el SI 60 kg de masa y un peso de 784,8 N.
3.6. Rigidez, presión y viscosidad
La rigidez (stiffness en inglés) es una magnitud que mide la relación entre una fuerza y el cambio de longitud que provoca al actuar sobre un cuerpo, que se deforma en función de la dirección y sentido de la fuerza, comprimiéndose (ante esfuerzos de compresión) o alargándose (ante esfuerzos de tracción). El llamado stiffness vertical (figura 9) se usa como medida indirecta de la mayor o menor tensión acumulada en la musculatura extensora de las extremidades inferiores durante la carrera o el salto. El stiffness vertical se calcula conociendo las fuerzas de reacción que se reciben del suelo y el desplazamiento (descenso) que registra el centro de gravedad, fruto del grado de flexión de las articulaciones de la extremidad inferior (V S = F/Δh). En el SI se mide en newtons por metro (N/m), aunque es frecuente dar los resultados en kilonewtons por metro (kN/m).
La presión (P) es la fuerza que se ejerce por unidad de superficie (P = F / S). Esta magnitud se usa para medir las fuerzas por unidad de superficie, mediante las denominadas plantillas instrumentadas, que recaen en diferentes zonas del pie cuando se hacen actividades como caminar, correr, pedalear o esquiar. También se usa en forma de alfombras de presiones colocadas sobre la superficie de un asiento para medir las presiones en las nalgas cuando se está sentado. En forma de guantes, que registran presiones en diferentes lugares de las manos y dedos, se usan para estudiar el agarre de remos, manillares y barras. En el SI las presiones se miden en pascales (Pa).
La viscosidad es lo contrario de la fluidez. La viscosidad nace del roce entre las partículas de los fluidos. Si no hubiera roces entre éstas, ni entre las partículas y los perfiles, no aparecería la fuerza de resistencia al avance. En ese caso tampoco habría capa límite, y si moviéramos la mano en el agua, no arrastraríamos con ella nada de agua a su alrededor. La viscosidad absoluta es una medida dinámica del tiempo que se tarda en fluir. La unidad de medida en el SI es el pascal multiplicado por segundo (Pa/s) que en Francia se le ha llamado poiseuille (PI), sin estar recogida esta última unidad en el SI. La viscosidad cinemática es una característica propia de cada fluido, sin tener en cuenta las fuerzas que genera su movimiento. En el SI se mide en stokes (St), que equivalen a metros al cuadrado por segundo (m2/s).
Figura 9. El stiffness vertical es la relación entre la fuerza y el descenso del centro de gravedad. Se suele calcular en saltos (como en esta figura) y en carrera. En el SI se mide en N/m, aunque de forma práctica se suelen dar los valores en kN/m.
3.7. Trabajo y potencia
El trabajo (W) o energía mide el resultado de una fuerza (más exactamente el módulo de su componente en la dirección del desplazamiento que va a generar) multiplicada por la distancia que recorre su punto de aplicación sobre un cuerpo (W = F · d). En el SI se mide en julios (J). Si en la batida de un salto vertical recogemos, con una plataforma de fuerzas, las fuerzas de reacción, podremos hallar los desplazamientos del centro de gravedad en altura. Y con ellos representar una gráfica en la que veamos la fuerza en el eje vertical y los desplazamientos en altura en el eje de abcisas. En esta gráfica las áreas corresponderán a los trabajos, tanto concéntrico como excéntrico, realizados durante la batida (figura 10).
La potencia mecánica (P) mide el trabajo realizado por unidad de tiempo (P = W/Δt) o lo que es lo mismo, el producto de la fuerza por la velocidad. Las medidas de potencia máxima en diferentes ejercicios son frecuentes