MECANICA DE CUERPOS

Sistema de palancas:

La estructura del esqueleto del cuerpo humano está construida como un sistema de palancas. Digamos que una palanca es un segmento rígido que posee un punto fijo alrededor del cual puede realizar la rotación cuando se aplica sobre ella una fuerza externa o interna.

En la figura siguiente veremos los elementos que componen un sistema de palancas:

F= Fulcro / punto de apoyo (Centro de rotación)

R = Resistencia / carga a vencer o equilibrar

P = Potencia / fuerza que hay que generar para vencer o equilibrar la resistencia

Br = Brazo de resistencia, distancia del Fulcro (eje de rotación) al punto de aplicación de la Resistencia

BP = Brazo de Potencia, distancia del Fulcro (eje de rotación) al punto de aplicación de la potencia

El sistema está en equilibrio si:

P x BP = R x BR

A- El sistema está en equilibrio, si el fulcro (eje de rotación) esta a la misma distancia de P (Punto de aplicación de la potencia, que en el caso del cuerpo humano corresponde al punto de inserción del musculo que actúa como motor en el segmento que sostiene la carga) y de R ( punto de aplicación de la resistencia a vencer) los dos brazos son iguales y la magnitud de las fuerzas es igual, por lo tanto el sistema está en equilibrio.

B- A medida que el BP sea mayor que el BR menor será la fuerza que tenemos que aplicar para vencer la Resistencia. Ventaja mecánica, por ejemplo si el brazo de potencia es 3 veces superior que el brazo de resistencia podre mantener el sistema en equilibrio usando una potencia(fuerza) 3 veces inferior a la resistencia(carga) que tengo que sostener.

C- Cuanto menor es el brazo de Potencia respecto al de Resistencia. Mayor debe ser la magnitud de la Potencia para vencer la Resistencia. Hay desventaja mecánica. Por ejemplo si el brazo de potencia es 3 veces menor que el brazo de resistencia, para mantener el sistema en equilibrio tendré que usar una potencia(fuerza) 3 veces superior a la resistencia(carga) que tengo que sostener.

Se cumple que la relación entre la fuerza y su correspondiente brazo (BP) (o distancia desde el fulcro al punto de aplicación de la misma) es inversamente proporcional, o sea que cuanto menor sea el brazo de potencia (BP) mayor deberá ser la fuerza (P) a aplicar para vencer una carga (R) determinada. A la inversa también podemos asegurar que cuanto mayor sea el brazo de potencia (BP) menor será la fuerza (P) que tengo que emplear para vencer una carga (R) determinada.

Tipos de sistemas de palancas

En función de las posiciones relativas de los puntos de aplicación de las fuerzas respecto al punto de apoyo (centro de giro) se distinguen tres tipos de palancas

1- Palancas de primer género: (de Balance) El Fulcro se encuentra entre la Resistencia y la Potencia

2-Palancas de segundo género: (de Poder o inter resistentes) El Fulcro (eje de rotación) está en un extremo y la Resistencia (carga) está entre este y la Potencia (fuerza motriz), en estos casos el brazo de potencia (BP) es siempre mayor que el brazo de resistencia (BR), este tipo de sistemas favorece a la potencia, cuanto más diferencia de longitud a favor del brazo de potencia exista.

3-Palancas de tercer género: (de Velocidad o interpotentes). La Potencia se aplica en un punto entre el Fulcro (en un extremo) y la Resistencia. Por tanto el Brazo de Resistencia siempre es mayor que el de Potencia, este tipo de sistemas es desfavorable a la potencia, cuanta más diferencia de longitud a favor del brazo de resistencia exista.

Sistemas de palancas del aparato locomotor del cuerpo humano

Para el estudio de los sistemas de palancas en el Aparato locomotor hay que identificar los elementos anatómicos que forman parte del sitema de palancas:

1º. Fulcro (F): es el punto fijo o eje de rotación articular alrededor del cual se produce o puede producirse el movimiento rotatorio.

2º. Potencia (P): es el motor del gesto a estudiar, es decir el músculo que provoca el movimiento, se utiliza para su medición el punto de su inserción en el hueso o palanca en el que aplica su fuerza.

3º. Resistencia (R): es el elemento o carga que se opone al movimiento, puede ser una carga externa, o el propio peso del segmento corporal a mover, o la suma de los dos.

4º. Línea de Fuerza (LF): es la línea que indica la dirección en la que se aplica la Fuerza (Dirección en la que actúa la carga o Resistencia)

5º. Brazo de potencia (BP): representa aquel trozo de la palanca que se encuentra entre el punto donde se aplica la fuerza y el eje de la articulación.

6º.Brazo de resistencia (BR): es el trozo de la palanca que se encuentra entre la resistencia y el punto o eje de rotación articular.

7º.Brazo de palanca (B.PL): es la línea perpendicular a la Línea de Fuerza que pasa por el Fulcro. El Brazo de Palanca=B.PL es la distancia más corta que hay entre el Fulcro=F y la Línea de fuerza=LF, medida mediante una línea perpendicular a la línea de fuerza que pasa por el eje de la articulación.

La efectividad de una palanca depende de la relación entre la longitud del brazo de potencia BP y la del brazo de resistencia BR.

Comúnmente, las palancas trabajan para alcanzar una ventaja mecánica. Esto se consigue al aplicar una fuerza pequeña sobre una gran distancia, la cual produce mayor fuerza a lo largo de una menor distancia en el otro extremo. Otra función que caracteriza una ventaja mecánica es aumentar significativamente (en el otro extremo de la palanca) la velocidad y la amplitud del movimiento.

En la mayoría de los casos, el brazo de fuerza en el organismo humano es menor que el brazo de resistencia, lo cual implica una menor ventaja mecánica (o desventaja mecánica). Se deduce de la ley de conservación de la energía que lo que se pierde en fuerza se gana en distancia (y viceversa).

Cuando una palanca rota alrededor de su eje de rotación, todos los puntos de ésta recorren el arco de una circunferencia (ROM), donde la distancia recorrida por cada punto es proporcional a su distancia con respecto al eje de rotación. Los puntos más alejados del eje se mueven más rápido en comparación con los puntos más cercanos al fulcro. Por lo tanto, la velocidad y el recorrido aumentan al incrementarse la distancia al punto de pivote, o eje de rotación.

Tipos de sistemas de palancas

Dependiendo de la ubicación relativa de los puntos de aplicación de las fuerzas con respecto al eje de rotación de sistema (centro de giro) se distinguen tres tipos de palancas diferentes también en el cuerpo humano, a saber:

Palancas de primer género:

Primer ejemplo: presentamos como ejemplo la articulación Occipitoatloidea cuyo eje de rotación representa el Fulcro, identificado por una F; Los músculos extensores del cuello actúan aportando la fuerza motriz o Potencia representada por la letra P); y el peso de la cabeza es el que genera la carga a vencer denominada Resistencia y representada en la figura por la letra R.

Este es un típico caso de Palanca de Primer Género: donde la articulación Occipitoatloidea que es el Fulcro (eje de rotación), se encuentra entre P=Potencia que es el punto de aplicación de la fuerza motriz por parte de la musculatura extensora del cuello en el cráneo, y R= Resistencia (carga a vencer) que es el peso de la cabeza.

Segundo ejemplo: otro ejemplo de sistema de palancas de primer genero es la articulación del codo (en el movimiento de extensión) cuyo eje de rotación representa el Fulcro, identificado por una F; Los músculos extensores del codo actúan aportando la fuerza motriz o Potencia representada por la letra P); y la fuerza que se opone a la extensión es la que genera la carga a vencer denominada Resistencia y representada en la figura por la letra R.

Este es otro caso de Palanca de Primer Género: donde la articulación del codo que es el Fulcro (eje de rotación), se encuentra entre P=Potencia que es el punto de aplicación de la fuerza motriz por parte de la musculatura extensora del codo en el olecranon (nos referimos en este caso al punto de inserción del tríceps braquial), y R= Resistencia ( carga a vencer) que es el peso de la .

F = articulación del codo

R = Peso que pende del cable el cual se opone a la extensión del codo

P = contracción del tríceps braquial que se inserta en la articulación en un punto de aplicación posterior al fulcro denominado olecranon en el cúbito.

Palancas de segundo género:

Ejemplo: presentamos como ejemplo de un sistema de palanca de segundo genero el que encontramos al andar, en este movimiento se ponen en juego distintos músculos que accionan palancas de 2º grado, que multiplican la fuerza para que podamos desplazar el peso de nuestro cuerpo.

En la primera fase observamos cómo nos impulsamos

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