Biomecánica básica. Pedro Perez Soriano
Momento de fuerza o momento de rotación
Frecuentemente también llamado sólo momento. Es el efecto de rotación sobre un punto de una fuerza. Equivale al producto de la fuerza y la distancia mínima (perpendicular) de su línea de acción a ese punto. Su unidad es N·m (figura 1).
4.7. Momento de inercia
Si la masa es la resistencia que un cuerpo opone a ser desplazado, el momento de inercia describe la resistencia que un cuerpo opone a ser rotado sobre un eje dado. Equivale al producto de la suma de sus masas diferenciales y el cuadrado de sus distancias al eje de rotación. Cuanto mayor sea la masa y cuanto más lejos esté la masa del eje, mayor será el momento de inercia. Su unidad es kg·m2, (figura 2).
4.8. Momento lineal o cantidad de movimiento
Magnitud vectorial que posee un cuerpo en movimiento que viene cuantificada por el producto de su masa y su velocidad. La magnitud de un choque, por tanto, viene determinada por las masas de los objetos chocantes y sus velocidades relativas. Su unidad es kg·m·s-1 y equivale a la del impulso.
4.9. Par (de fuerzas)
También llamado momento puro. Su efecto genera rotación sin implicar traslación. Puede definirse también como sistema de fuerzas cuya fuerza resultante es igual a cero, mientras que su momento resultante es distinto de cero.
Figura 1. La magnitud del momento de rotación que la fuerza F causa sobre el punto P es igual al producto de la magnitud de la fuerza F por la distancia d. Ésta es la menor distancia entre la línea de acción (L) de la fuerza F y el punto P. En este caso, M = 10 x 2 = 20 Nm.
Figura 2. La magnitud del momento de rotación que la fuerza F causa sobre el punto P es igual al producto de la magnitud de la fuerza F por la distancia entre la línea de acción de la fuerza F y el punto P. En este caso, el momento flexor plantar será M = 800 N x 0,08 m = 64 Nm.
Figura 3. La patinadora tiene la misma masa en ambas posiciones; sin embargo, al pegar los brazos al cuerpo, acerca parte de su masa al eje de giro, disminuyendo así su momento de inercia con respecto al eje vertical, o lo que es lo mismo, disminuyendo la resistencia que opone su cuerpo a girar sobre ese eje. El resultado es que la patinadora girará más rápido. Así puede controlar su velocidad de giro acercando o alejando masa de su cuerpo del eje de giro.
4.10. Presión
Es la magnitud que describe la cantidad de fuerza aplicada o distribuida sobre un área determinada, es decir, fuerza por unidad de área. Su unidad es el Pascal (Pa). Un Pa es la presión que resulta de aplicar uniformemente y en perpendicular una fuerza de 1 N sobre una superficie de 1 m2 (1 Pa = N·m-2).
4.11. Resultante de fuerzas
Es el vector de fuerzas que equivale a la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.
Tabla 1. Tabla de magnitudes y unidades.
| MAGNITUD FÍSICA | SÍMBOLO | UNIDADES (SI) |
| Fuerza | F | Newton (N) |
| Impulso / Momento lineal | I / p | kg·m·s-1 |
| Masa | m | Kilogramo (kg) |
| Peso | G | N |
| Momento de fuerza | M | N·m |
| Momento de inercia | I | kg·m2 |
5. INSTRUMENTAL DE MEDIDA: MÉTODOS DE CAPTURA Y ANÁLISIS
Tal como se dijo al principio del capítulo, nos centraremos en las causas del movimiento, es decir las fuerzas y los momentos. A continuación describimos los métodos de captura de fuerzas y momentos más comúnmente utilizados en la biomecánica.
PUNTO CLAVE
Todos los instrumentos que presentamos a continuación transforman una señal mecánica (fuerza) en una señal eléctrica que podemos medir. Estos “transformadores de señal” son genéricamente denominados transductores.
Existen varios tipos distintos de transductores, según el principio físico que utilizan.
5.1. TIPOS DE TRANSDUCTORES
5.1.1. Transductores piezoeléctricos
Se basan en el principio del mismo nombre. Ciertos cristales, como por ejemplo el cuarzo, o también algunos polímeros sintéticos, al ser comprimidos (al actuar una fuerza sobre ellos) liberan pequeñas cargas eléctricas proporcionales a la deformación y por tanto a la fuerza, que una vez amplificadas pueden ser medidas. Estos cristales son muy rígidos y por tanto las deformaciones son mínimas al igual que la corriente generada. Por eso estos sensores requieren una electrónica de amplificación muy precisa, lo cual los hace relativamente caros.
5.1.2. Galgas extensométricas
Se basan en la capacitancia (principio del condensador eléctrico). En ellos, dos superficies conductoras están separadas generalmente por un polímero elástico aislante con una constante de elasticidad lo más lineal posible. Al ejercer una fuerza un cambio en su resistencia eléctrica. Estos sensores son alimentados a un voltaje constante, y se mide el voltaje de salida que es proporcional a la resistencia ofrecida por el sensor (ley de Ohm) y por tanto a la fuerza ejercida sobre él. También existen otros sensores basados en cambios de resistencia eléctrica, que llamaremos “resistivos”. Éstos en general disminuyen la resistencia al aumentar la fuerza de unión entre dos superficies conductoras.
Esquema adaptado de WIKIPEDIA HTTP://en.wikipedia.org/Wiki/File:StrainGaugeVisualization.png
Figura 4. Esquema de de una galga extensométrica.
5.1.3. Sensores capacitativos
Se basan en el principio de que la deformación producida por la fuerza aplicada sobre ellas produce sobre este sensor, el polímero se comprime; cuando la fuerza cede, el polímero recupera su grosor inicial. De este modo, la distancia entre las superficies conductoras se reduce y aumenta, cambiando la capacitancia de manera proporcional a la fuerza de compresión.
Los sensores descritos son todos unidimensionales. Para poder medir fuerza en varias direcciones, por ejemplo, para tener un sensor de fuerza