MÁQUINAS DEL CUERPO
Prof. Edgar Lopategui Corsino
MA, Fisiología del Ejercicio
PALANCAS
CONCEPTO
La palanca es
un tipo de máquina del organismo
humano que opera
con el principio de una barra rígida,
sobre la cual actúan unas fuerzas (F
o esfuerzos,
E) que tienden a
rotar la barra alrededor de un
eje (punto
de rotación o pivote,
P).
COMPONENTES DE LA PALANCA:
SISTEMAS CONSTITUYENTES
La Palanca o Bárra Rígida
Sobre esta barra se encuentra un punto donde se encuentra la
resistencia (R) y otro
donde se aplica la fuerza (F) o
esfuerzo (E).. Obviamente, existe un
eje o (punto de rotación
o pivote, P),
conocido con el nombre de fulcro. La distancia que se encuentra entre el punto de pivote y la resistencia y de la
fuerza se conocen como brazos de resistencia y de fuerza, respectivamente. Esto
quiere decir que puede haber, también, un torque de resistencia y uno de fuerza. No obatante, la resistencia puede considerarse también como un tipo de fuerza,
ya que representa la que ejerce la fuerza de gravedad sobre una masa o peso.
Fulcro (Punto de Pivote [P]] o Eje):
Es el punto de apoyo donde pivotea la palanca o eje de rotación. Las articulaciones corporales representa los ejes.
Punto de Aplicación de la Resistencia
(R)
Esto es el peso que se va a mover. Puede ser el
centro de gravedad del segmento
que se mueve o una masa (peso) externa que se le añade a la palanca o una
combinación de ambos. En el caso de la fuerza de tracción gravitacional, se
produce una fuerza resistiva producida por la tracción de la gravedad sobre una
parte del cuerpo, la cual es designada como el centro de masa o de gravedad.
Punto de Aplicación de la Fuerza (F) o el Esfuerzo
(E)
Representa el punto donde se aplica la fuerza (o esfuerzo) a la palanca. En el organismo
humano, la fuerza resulta de la tensión que producen los músculos esqueleticos
durante su acción (contracción) muscular. Este punto se encuentra en la
inserción de estos músculos, dado que
es lo que provoca el movimiento de la palanca. La fuerza se describe como un vector
con una línea de aplicación (i.e., es la línea teórica representada por la
flecha que va en cualquier dirección). Por lo tanto, la línea de acción de los
músculos esqueléticos es el lugar donde se produce la fuerza. Puesto que el
torque es un
vector, éste posee las siguientes características:
Magnitud: Se refiere a cuan grande es la fuerza
Dirección: Se refiere a donde se dirige la fuerza
Línea de Acción: Es la línea teórica representada por la flecha que va en
cualquier dirección
Punto de aplicación: Lugar donde se aplica la fuerza a la palanca.
Brazos de la Palanca
Brazo de Resistencia (BR) o Torque de Resistencia (TR)
Representa la distancia perpendicular desde la línea de acción de la resistencia hasta
el eje de movimiento de la palanca.
Cuando dos fuerzas opuestas actúan en conjunto para producir rotaciones en
direcciones opuestas, una de las fuerzas comunmente se designa como la
resistencia de la fuerza (R). En este último caso, el brazo de fuerza se conoce
como Brazo de Resistencia (BR).
Más específicamente, la distancia perpendicular (d⊥) entre la línea
(vector) de la resistencia o peso y el eje de rotación se designa como
Brazo de Resistencia (BR)
o Torque de
Resistencia (TR). Cuando el torque generado por la
fuerza muscular es capaz de producir un movimiento en contra de la gravedad o
contra cualquier otra fuerza externa, la Fuerza (F) y el Brazo de Fuerza (BF)
son designadas por el músculo, mientras la Resistencia (R) y el Brazo de
Resistencia (BR) se identifica con la fuerza de gravedad u otra fuerza opuesta.
Fraseado de otra manera, el Brazo de Resistencia (o
fuerza resistiva) representa la
distancia perpendicular desde el eje de rotación hasta el punto del objeto que
representa el centro de gravedad (o de peso).
Brazo de Fuerza (BF), Brazo de Esfuerzo (BE), Brazo de Momento (BM), Brazo de
Torque (BT) o Torque de Fuerza (TF)
Representa la distancia perpendicular desde la línea de acción del esfuerzo hasta el eje
de movimiento de la palanca. Así, la distancia perpendicular (d⊥) que se encuentra entre el punto de pivote (eje/centro
de rotación de una articulación) y el punto de aplicación de la fuerza (línea de
acción que resulta de la contracción muscular) (o BF). Aisladamente, cuando un
músculo esquelético se contrae, genera una tensión/fuerza de naturaleza lineal. Por ejemplo, a nivel de la articulación humerocubital (codo), el Brazo de Fuerza
(BF) se representa aquella distancia perpendicular que se encuentra entre la
articulación del codo y la dirección de tracción que ejerce el bíceps braquial
sobre el radio. Si la inserción del músculo fuera más cerca de la articulación,
entonces se produciría menos fuerza debido a una
reducción en la longitud del
Brazo de Fuerza. Bajo esta situación, para poder generar un mayor torque se
habrá de requerir la producción de alta tensión muscular. Para que una
contracción muscular pueda provocar los movimientos de las paláncas óseas (huesos),
tal tensión muscular debe producir un torque mayor que el Torque opuesto o
Torque de Resistencia. En esta situación, la contracción muscular se conoce
conoce como concéntrica. Cuando el Torque de Resistencia es mayor y se produce
movimiento, el músculo habrá de contraer de forma eccéntrica.
EL PRINCIPIO DE LAS PALANCAS
Una palanca se encontrará en balance o equilibrio cuando el producto del
esfuerzo y el brazo del esfuerzo es igual al producto de la resistencia por el
brazo de la resistencia:.
Un sistema de palancas se encontrará en equilibrio cuando la resultante de todas
las fuerzas actuando en el sistema
es igual a cero.
TIPOS DE PALANCA (CLASE O GÉNERO)
Palanca de Primera Clase o Género
En este tipo de palanca el
fulcro (eje,
punto de rotación o
punto de pivote [P]) se encuentra entre la
resistencia (R) y el
esfuerzo (E) o
fuerza (F).
La clave para que se puede entender e identificar este género de palanca, radica
en comprender que siempre el fulcro se encuentra en
el medio de la palanca, de manera que en un extremo se
halla la fuerza y en el otrs la resistencia. Puede estar situado en la parte central, o hacia el lado del esfuerzo
o del peso, con lo que los dos brazos de peso y de esfuerzo pueden ser iguales o
uno de ellos puede ser más largo que el otro.
Ejemplo:
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Palanca de Segunda Clase o Género
En el caso de esta palanca, la resistencia (R) se encuentra entre el fulcro (eje) y el esfuerzo (o fuerza,
F). Así, siempre la resistencia se ubica en el
medio de la palanca. Esto implica que el brazo de esfuerzo es siempre más largo que el brazo de
peso.
Ejemplo:
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Palanca de Tercera Clase o Género
En este tipo de palanca. el
esfuerzo (E
o fuerza [F]) se encuentra entre el fulcro (eje) y la resistencia (R).
Para comprender esto, siempre la fuerza se halla en
el medio de la barra fija. Esto implica que el brazo de peso es siempre más largo que el brazo de
esfuerzo.
Ejemplo:
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TIPOS DE PALANCAS EN LOS MÚSCULOS
ESQUELÉTICOS
Trapecio
Este músculo posee una acción de
palanca de terera clase. Todos los músculo que forman parte de la cintura
escapular representas palancas de tercer género, donde la articulación
esternoclavicular representa el eje o pivote alrededor del cual giran.
Romboides Mayor y Menor
Estos músculos poseen una palanca de
tercera clase.
Angular de la Escápula
Tiene un palanca de tercer género.
Serrato Mayor
Posee un palanca de tercera clase.
Pectoral Menor
Representa una palanca de tercer
género.
Deltoides
La acción de su palanca es de tercer
género.
Supraespinoso
Este músculo posee una palanca de
primera clase.
Pectoral Mayor
La acción de su palanca es de tercera
clase.
Dorsal Ancho
Se encuentra constituido de una
acción de palanca e tercer género.
Redondeo Mayor
Tiene inherente una palanca de
tercera clase.
Infraespinoso y Redondo Menor
La acción de la palánca es de tercera
clase
Subescapular
Este músculo posee una palanca de
tercer género.
Bíceps Braquial
La accción de la palanca para este
músculo es de tercera clase, durante la flexión del antebrazo.
Supinador Largo
Posee una palanca de tercera clase
Braquial Anterior
Tiene inherente una acción de palanca
de tercera clase.
Pronador Redondo
La acción para la palanca de músculo
aqui mecionado es de tercer género.
Pronador Cuadrado
Para este músculo se activa una
palanca de primera clase
Supinador Corto
Este músculo se caracteriza por tener
una palanca de primera clase en la rotación.
Tríceps Braquial
Posee una palanca de tercer género.
Ancóneo
Tiene una palanca de ? clase.
Palmar Mayor
Posee una palanca de ? clase.
Cubital Anterior
La acción de su palanca de de ?
género.
Segundo Radial Externo
Su palanca es de ? género.
Cubital Posterior
Posee una palanca de ? clase.
Extensor Comun de los Dedos
Tiene una palanca de ? género.
Extensor Largo del Pulgar
Posee una palanca de ? clase.
Flexor Común Superficial de los
Dedos
Tiene una palanca de ? género.
Flexor Largo del Pulgar
Tiene inherente una palanca de ?
clase.
Psoasiliaco
Su acción de la palanca es de tercera
clase
Pectíneo
La palanca es de ? genero.
Sartorio
La acción de su palanca es de tercera
clase a nivel de la cadera y rodilla.
Tensor de la Fascia Lata
Posee una acción de palanca de tercer
género.
Recto Anterior del Muslo
La acción de la palanca es de tercera
clase a nivel de la cadera. Por su parte, a nivel de la rodilla crea una
palanca de primer género.
Glúteo Mayor
Posee una palanca de tercera clase.
Glúteo Mediano
Tiene una palanca de primera clase
durante la abducción.
Glúteo Menor
La acción de la palanca es de primer
género en la abducción.
Seis Músculos Rotadores Externos
Profundos: El Piramidal de la Pelvis, el Gémino Superior, el Gémino Inferior, el
Obturador Externo, el Obturador Interno y el Cuatrado Crural
Poseen una palanca de ? tercer género.
Bíceps Crural
Tiene una acción de palancab de
primer género, a nivel de la cadera. Por el otro lado, a nivel de la
rodilla se forma una palanca de tercera clase.
Semitendinoso
La acción de palanca de este músculo
es de primera clase, a nivel de la cadera. Sin embargo, a nivel de la rodilla
genera una palnatca dew tercera clase.
Semimembranoso
A partir de la cadera, crea una
palanga de primer género. No obatante, a nivel de la rodilla se forma una
palanca de tercera clase.
Aductor Mayor
El tipo de palanca es de tercer
génera durante la acción de aducción.
Aductor Mediano o Primero
Su palanca es de tercera clase en la aducción.
Aductor Menor
La acción de su palance es de tercera
clase durante el movimiento de aducción.
Recto Interno
Tanto para la aducción como para la
flexión de la rodilla, la acción de la palanca es de tercera clase.
Recto Anterior del Muslo
A partir de la acción en la cadera,
la palanca es de tercera clase. Por su parte, a nivel de la rodilla, la palanca
formada es de primer género.
Vasto Externo
Para la extensión de la pierna a
nivel de la rodilla, este músculo posee una acción de palanca de primera clase.
Crural
Para la extensión de la pierna en la
rodilla, el múscuro crural genera una acción de palanca de primer género.
Vasto Interno
Su palanca es de primera clase
durante la extensión de la rodilla.
Poplíteo
En la flexión genera una palanca de
tercera clase.
Gastrocnemio
Partinedo de la articulación de a rodilla, este múculo genera una acción de
palanca de tercer género. Por el otro lado, a nivel del tobillo, posee una
palanca de primera clase.
Sóleo
A partir de la flexión plantar del
pie, la acción de su palanca es de primera clase.
Tibial Anterior
Durante la flexión dorsal, desarrolla
una palanca de tercer género.
Peoneo Lateral Corto
Posee una acción de palanca de
tercera clase durante la flexión plantar.
Flexor Largo del Dedo Grueso
Para la acción articular de la
flexión plantar, crea una palanca de tercera clase.
Extensor Propio del Dedo Grueso
La acción de su palanca es de tercer
género en la flexión dorsal.
Tibial Posterior
Posee una palanca de tercera clase en
la flexión plantar.
Flexor Común Largo de los Dedos
Durante el movimiento articular de
flexión plntar, forma una palanca de tercer género.
Siete Músculos Intrínsecos del
Pie
Su palanca es de ? clase.
Recto Anterior Mayor del Abdomen
Tiene un palanca de ? clase.
Oblicuo Mayor del Abdomen
Este músculo posee una palanca de ?
género.
Oblicuo Menor del Abdomen
La acción de su palanca es de ? clase.
Transverso del Abdomen
Tiene una palanca de ? género.
Cuadrado Lumbar
Posee una acción de palanca de ?
clase.
Músculos de la Masa Común
Su palanca es de ? género.
Esplenio
La palanca es de ? clase.
VENTAJA MECÁNICA DE UNA PALANCA
Concepto
Es la habilidad de la máquina de darle ventaja al esfuerzo o en el cuerpo, de
darle ventaja a la fuerza muscular.
Ejemplos
Existe mayor ventaja mecánica cuando el
brazo del esfuerzo es mayor al brazo de
la resistencia. Un aumento en el largo del brazo del esfuerzo o una disminución
en el largo del brazo de la resistencia resulta en mayor ventaja mecánica,
facilitando la tarea que se va a ejecutar. Ejemplo: Prueba de fuerza muscular.
Palanca de Primera Clase
En este tipo de palanca no se puede predecir la ventaja mecánica ya que
dependera del lugar en que se encuentre el eje.
Ejemplo: Articulacion atlanto-occipital.
Esta palanca se utiliza para ganar fuerza (esfuerzo) o distancia, dependiendo
del largo relativo del brazo del esfuerzo y del brazo de la resistencia.
Palanca de Segunda Clase
Aqui la resistencia se encuentra entre el eje y el esfuerzo.
El brazo del esfuerzo es mayor que el largo del brazo de la resistencia.
Ventaja mecánica: Esta palanca provee una ventaja de fuerza tal que con poco
esfuerzo se pueden sostener resistencias grandes.
Ejemplo: Carretilla.
Palanca de Tercera Clase
El esfuerzo se encuentra entre el eje y la resistencia.
El brazo de la resistencia es mayor al brazo del esfuerzo.
Ventaja mecánica: Puede ser 0.1 ó menor. Es la más común en el cuerpo y la
encontramos en la mayoría de los movimientos en cadena cinemática abierta.
Este tipo de palanca no es recomendable si queremos mover una resistencia grande. Se utiliza para
mover pesos pequeños, grandes distancias.
TORQUE
Concepto
El torque (T), o
momento de fuerza, representa aquella fuerza que se imparte sobre
una palanca u objeto/barra rígida (e.g. un segmento corporal que se mueve
alrededor de su articulación), la cual produce un movimiento rotatorio
(angular). En otras palabras es la "fuerza rotatoria" o magnitud del giro
alrededor de un centro de rotación. Esto implica que el torque es la fuerza que
se require para poder inducir un efecto angular sobre un radio o palanca. El
torque es una
cantidad vectorial, de manera que posee las propiedades de
magnitud,
cantidad y dirección. La
magnitud es representada por la cantidad de
la magnitud de la fuerza multiplicado por la magnitud del torque o momento de
fuerza. La dirección puede ser positiva o negativa. Por ejemplo, una
dirección a
favor de las manecillas del reloj es considerado
negativo (-), mientras que una
dirección en contra de las manecillas del reloj es considerado
positivo (+). Un
torque produce una aceleración angular en un objeto (o segmento corporal)
alrededor de un eje de rotación (e.g., eje articular). El torque también se
conoce con otros nombres, tales como brazo de fuerza, momento de fuerza, brazo
de palanca y radio de rotación. Las unidades de medida para el torque pueden ser
"pies-libras" o "pulgadas-libras" en el sistema Inglès. En el sistema métrico,
el torque se mide en "Newton-metros". En términos cuantitativos, el torque se
define como el producto de la magnitud de la fuerza y su distancia perpendicular
(d⊥) desde la dirección (línea de acción) de la fuerza hasta el punto de pivote (intersectando
el eje de rotación).
Puntos Importantes del Torque
1. Es el efecto de una fuerza de causar rotación de una palanca si la fuerza se
aplica a cierta distancia del eje de la palanca.
2. Es el producto de una fuerza multiplicado por la distancia perpendicular
entre la línea de acción de la fuerza y el eje de rotación. T = F X D?
3. Expresa la efectividad de una fuerza en mover un sistema de palancas. Esa
efectividad no dependera solamente de la magnitud de la fuerza sino también de
la distancia a la cual esta actuando esa fuerza.
4. Ejemplo: Sube y baja.
Principios
1.
Para que exista equilibrio en una palanca, el torque producido por el esfuerzo
deberá ser igual al torque producido por la resistencia. La suma de los torques
es igual a cero. ? T = 0
2.
Una fuerza que actúe en el origen o eje de un sistema
no tendrá efecto de torque pues
no causará rotación del sistema.
3.
Solamente cuando la línea de acción de una fuerza es perpendicular a la palanca,
la distancia entre la línea de acción de la fuerza y el eje de movimiento es
igual al largo de la palanca.
4.
La dirección de los torques es
positiva (+) si crea la tendencia de mover la
palanca en dirección opuesta a las manecillas del reloj, y es negativa (-) si tiende a
mover la palanca en dirección a las manecillas de reloj.
5.
El torque que produce un músculo varía según la posición en que se encuentre la
artículación que mueve ese músculo. Ejemplo: El brazo del esfuerzo de los
flexores de codo es mayor cuando el codo esta flexionado a 90° (la distancia
perpendicular (d⊥) a la línea de acción del músculo y el eje de movimiento), por
lo tanlo el torque que producen estos músculos también será mayor en esa
posición.
La ecuacion de equilibrio (T = 0) permite encontrar la magnitud de fuerzas que
produce un músculo o fuerzas que se producen en la articulación que no se pueden
medir directamente.
POLEAS
FUNCIÓN
Se utilizan para cambiar la dirección de una fuerza ó para
aumentar ó disminuir
la magnitud de la fuerza.
Aplicación en el Cuerpo Humano
En el cuerpo no tenemos poleas como tal pero
tenemos unas prominencias oseas y otros medios que permiten:
1.
Desviar la dirección de la fuerza de un músculo.
2.
Aumentar la ventaja mecánica del músculo al aumentar su brazo de esfuerzo (distancia
perpendicular desde la línea de acción del músculo y el eje de movimiento de la
articulación).
Ejemplo:
La rótula (o patela): Cambia la dirección de la línea de acción del cuadriceps y
aumenta el largo del brazo del esfuerzo del cuadriceps (palancaje).
TIPOS
Polea Sencilla
Su proposito es cambiar la línea de una fuerza.
Poleas Movibles
Este sistema de poleas distribuye el peso que se está
levantando a través de un número de cuerdas, por lo tanto proveen ventaja
mecánica.