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Biomecánica del Movimiento (2º) Facultad de Ciencias del Deporte. Universidad de Castilla la Mancha.

Guiones de las clases. Tema 7. Profesor: Xavier Aguado Jódar

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TEMA 7: LAS FUERZAS 1- Tipos de fuerzas. Clasificación y definiciones. 2- Las leyes de Newton. Inercia. Impulso mecánico y cantidad de movimiento. Acción y reacción. Conservación de la cantidad de movimiento. Transferencia de la cantidad de movimiento. Aplicaciones a movimientos lineales y angulares. Aplicaciones a movimientos en el medio terrestre, aéreo y acuático. 3- Máquinas simples. Poleas. Palancas. Aplicaciones a máquinas de musculación y a la mecánica del sistema osteo-muscular.

BIBLIOGRAFÍA Aguado, X. (1993). Eficacia y técnica deportiva. Análisis del movimiento humano. INDE. Barcelona. Aguado, X; González,J.L. e Izquierdo,M. (1997). Biomecánica fuera y dentro del laboratorio. Universidad de León. León. Carr, G. (1997). Mechanics of Sport. Human Kinetics. Champaign Illinois. Dyson, G. (1982). Mecánica del atletismo. Stadium. Buenos Aires. Gutiérrez, M. (1988). Estructura biomecánica de la motricidad. CD INEF. Granada. Hay, J.G. (1993). The Biomechanics of Sports Techniques. Prentice Hall. New Jersey. Hochmuth, G. (1973). Biomecánica de los movimientos deportivos. INEF Madrid. Kreighbaum, E. y Barthels, K.M. (1996). Biomechanics. A Qualitative Approach for Studying Human Movement. Allyn and Bacon. Boston.



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1- TIPOS DE FUERZAS

Las fuerzas en mecánica son vectores. No se ven como tales en la realidad, sino que se observan sus efectos sobre los cuerpos. Estos efectos pueden ser: - deformaciones - estados de equilibrio - cambios en el movimiento Estos efectos se atribuyen a “fuerzas”, que se representan como magnitudes vectoriales y por lo tanto tendrán: -módulo - dirección - sentido - punto de aplicación CLASIFICACIÓN DE TIPOS DE FUERZAS:

A DISTANCIA en mecánica no se consideran fuerzas a distancia INTERNAS muscular EN EL CONTACTO EXTERNAS fuerzas externas producidas en el contacto entre cuerpos o con el medio: CON OTROS CUERPOS rozamiento acción (normal) y reacción TERRESTRE centrífuga y centrípeta rozamiento ascensional acuática (flotación) y aérea CON EL MEDIO

ACUÁTICO resistencia Y AÉREO sustentación centrífuga y centrípeta



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A continuación se comentan los orígenes, las direcciones, sentidos y ejemplos de los diferentes tipos de fuerzas expuestos en la clasificación.

La fuerza de rozamiento: Origen: contacto entre las moléculas de las superficies de 2 cuerpos. Dirección: tangencial a 2 superficies que entran en contacto. Sentido: contrario al de avance de una de las superficies. Ejemplos: entre mano del tenista y empuñadura, entre suela de la zapatilla y el suelo, entre la cubierta de la rueda y el asfalto en ciclismo, ..

Las fuerzas de acción (normal) y reacción: Origen: según explica 3ª ley de Newton. Dirección: variable según como se apliquen Sentido: acción: hacia donde se ejerce reacción: en sentido contrario de la fuerza de acción. Ejemplos: acción: fuerza aplicada contra el peso al lanzarlo, de un puñetazo contre el adversario, de una patada en kárate, el peso contra el suelo horizontal, contra el suelo en un apoyo en carrera,..

reacción: las mismas en sentido contrario.

Las fuerzas ascensionales acuática (flotación) y aérea: Origen: principio de Arquímedes. Dirección: vertical Sentido: hacia arriba Ejemplos: globo aerostático, nadador, piragua, embarcación, buzo, .. ..

Las fuerza de resistencia: Origen: en el avance de un cuerpo en un fluido. Dirección: la del flujo relativo Sentido: la del flujo relativo (contraria al avance) Ejemplos: ciclista, nadador, esquiador, bobs, .. .. ..



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Las fuerza de sustentación: Origen: principio de Bernouilli Dirección: perpendicular al flujo relativo Sentido: hacia la zona de baja presión estática Ejemplos: mano del nadador en la propulsión, ala de un avión, hélice de un motor de embarcación, efectos de balones, disco volador, .. .. ..

Las fuerzas centrífuga y centrípeta: Origen: en los movimientos angulares Dirección: radial Sentido: centrífuga: hacia fuera centrípeta: hacia el centro de giro Ejemplos: viraje en una curva de una bicicleta, corredor en la curva de la pista de atletismo, viraje de un avión, lanzamiento de martillo,.. .. ..



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2rmI ⋅=

2- LAS LEYES DE NEWTON Primera ley (de la inercia): Todo cuerpo tiende a permanecer en el estado en que se encuentra, quieto en reposo o moviéndose a velocidad constante, de no ser que aparezca alguna fuerza que lo impida. Esta tendencia de los cuerpo se denomina inercia. En el movimiento lineal se mide con la masa del cuerpo (a más masa más inercia y a menos masa menos inercia). Un cuerpo de 8 kg tiene más inercia que otro de 2 kg y menos que uno de 100 kg. Cuesta más poner en movimiento o frenar totalmente su movimiento (desde una misma velocidad) a un camión que a un coche. En el movimiento angular, la denominada inercia angular (moment of inertia) no sólo depende de la masa sino también del radio de distribución de la masa respecto al eje de giro. Una persona en posición anatómica, aun tratándose de la misma masa, no tiene la misma inercia respecto a los diferentes ejes. Ordenados de menor a mayor: - vertical - transversal - antero-posterior

(Hay,1993) (Kreighbaum y Barthels, 1996)



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Una misma masa, en función de cómo se distribuya respecto al radio de giro, variará su inercia:

A igualdad de radio, cuanto mayor sea la masa mayor será la inercia.

A igualdad de masa, cuanto mayor sea el radio mayor será la inercia.

El cilindro a tiene menos inercia por tener concentrada su masa más cerca del eje de giro y por ello llegará antes abajo.

b/ más inercia a/ menos inercia

(Kreighbaum y Barthels, 1996)

(Kreighbaum y Barthels, 1996).



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Diferentes posiciones y ejes de giro con sus inercias angulares (rango de valores extremos en diferentes personas según Hochmuth):

a/ más inercia b/ menos inercia

Si se pueden elegir 2 posiciones de giro respecto a un mismo eje, la más agrupada tendrá menor inercia.

(Hochmuth,1973). Eje antero-posterior (12 a 15 Kg • m2).

Eje transversal (10,5 a 13 Kg • m2).

Eje transversal (4 a 5 Kg • m2).

Eje longitudinal (1 a 1,2 Kg • m2).

Eje longitudinal (2 a 2,5 Kg • m2).

(Carr,1997).



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Valores de inercias angulares en una misma persona según el eje de giro y la posición, ordenadas de menor a mayor (según Hay):

En 1 o varios segmentos corporales (si son varios manteniendo siempre la misma alineación entre ellos), respecto al eje de giro de la articulación, la inercia angular se mantiene constante al variar el grado de flexión- extensión de la articulación (pe cadera), aunque el momento aumenta cuanto más alejados estén en la horizontal los segmentos.

a b c

d

(Hay,1993).




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Varios segmentos corporales (pe miembro superior o miembro inferior) que giran respecto a una articulación (pe hombro o cadera en los anteriores ejemplos) tendrán menor inercia angular cuanto más agrupados se encuentren respecto a la articulación de giro.

Hay multitud de aplicaciones a diferentes deportes y actividades, pe la carrera.





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Palo masa (kg) inercia angular (kg•m2)Madera 1 0,371 0,224Madera 2 0,381 0,228Madera 3 0,385 0,224Hierro 3 0,419 0,212Hierro 4 0,426 0,208Hierro 5 0,436 0,21Hierro 6 0,44 0,206Hierro 7 0,445 0,205Hierro 8 0,454 0,205Hierro 9 0,458 0,204Hierro 10 0,464 0,203

Masas e inercias lineales de diferentes palos de golf alrededor de un eje transversal situado a 10 cm del final de la empuñadura: ¿Por qué aun aumentando la masa desde el primer palo al último, las inercias angulares tienden a disminuir, salvo en 2 casos?



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(modificado de Gutiérrez, 1988).

Segunda ley: (de la ecuación fundamental de la dinámica): Existe una relación directamente proporcional entre la fuerza que aplicamos, pe en un lanzamiento, y la aceleración que adquiere el objeto lanzado. Experimentalmente podemos comprobar lanzando un mismo objeto (desde la misma altura y con el mismo ángulo) que cuanta más fuerza apliquemos tanta más aceleración adquirirá y por tanto más lejos llegará. Así se puede llegar a establecer una relación directamente proporcional entre la fuerza que se aplica y la aceleración que adquiere el objeto. Por otro lado también podemos comprobar, lanzando objetos de diferente masa y aplicando la misma fuerza en todos los lanzamientos (desde la misma altura y con el mismo ángulo), que existe una relación inversamente proporcional entre la aceleración que adquiere el objeto y su masa. Así a menor masa adquirirá mayor aceleración (llegará más lejos) y a mayor masa adquirirá menor aceleración (llegará menos lejos). De estos datos experimentales se deduce que:

amF ⋅=mFa =



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De no haber otras fuerzas el impulso mecánico aplicado a un cuerpo se va a traducir en la variación de su cantidad de movimiento. Impulso mecánico = Es el área de la gráfica de fuerza / tiempo. En el SI se mide en N • s. De forma práctica se sabe que cuando lanzamos un cuerpo (disco, peso, piedra, ..) o impulsamos nuestro cuerpo en una batida el resultado es el mismo si aplicamos mucha fuerza durante poco tiempo que si lo que hacemos es aplicar poca fuerza durante mucho tiempo, siempre que el impulso mecánico aplicado en el primer caso coincida con el aplicado en el segundo caso. Es lo mismo aplicar 50 N durante 2 s, que 20 N durante 5 s. En ambos casos el impulso mecánico será 100 N • s. En ambos casos, si se tratara de un lanzamiento de un objeto que parte desde parado adquirirá una velocidad de: si su masa es de 100 kg 1 m / s si su masa es de 50 kg 2 m / s si su masa es de 20 kg 5 m / s si su masa es de 10 kg 10 m / s si su masa es de 1 kg 100 m / s Por ejemplo, cayendo en 2 pruebas consecutivas, desde la misma altura (pe 1,5 m), pero la primera caída la realizamos “amortiguando poco”, pues caemos bastante rígido, flexionando poco las rodillas, tobillos y caderas, mientras que en la segunda caída la realizamos amortiguando mucho más (con mayor grado de

tvmamF ∆

⋅=⋅= vmtF ∆⋅=⋅

a b



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flexión de rodillas, tobillos y caderas). En los dos casos en el instante de empezar a tocar el suelo nuestro CG tendrá la misma velocidad de caída (ya que lo hacemos de la misma altura) y al final de la amortiguación llegaremos a tener velocidad 0. Lo único que varía es que en la caída poco amortiguada habremos aplicado mucha fuerza de frenado durante poco tiempo, mientras que en la caída más amortiguada habremos aplicado un menor nivel de fuerza de frenado durante más tiempo. En ambos casos el impulso de frenado coincidirá y en ambos casos la variación (pérdida) de cantidad de movimiento será la misma.

En la realidad, prácticamente no ocurre nunca que se aplique una fuerza constante durante un lanzamiento, impulsión, batida o golpeo. Lo frecuente es que el nivel de fuerza varíe a lo largo del tiempo en función de la disponibilidad para aplicar más o menos fuerza que tengamos a lo largo del lanzamiento, impulsión batida o golpeo. En estos casos (cuando la fuerza aplicada varía a lo largo del tiempo) la forma más usual de calcular el impulso mecánico es sumando las áreas de todos los rectángulos que están incluidos en la gráfica. El área de cada rectángulo equivale a multiplicar su altura (valor de fuerza registrado) por su base (tiempo que transcurre entre 2 medidas. Cuanto menos tiempo transcurra entre 2 medidas de



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fuerza tanto más preciso será este método para calcular los impulsos. Normalmente, cuando se toman medidas con plataformas de fuerza el tiempo que transcurre entre 2 medidas se suele fijar entre 1 y 5 milisegundos (es decir se mide con una frecuencia de muestreo entre 1000 y 200 Hz) dependiendo de lo que se esté estudiando.



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En estos tests de salto y en cualquier otro movimiento que se haga partiendo desde parado se podrá calcular a partir de las variaciones en las fuerzas de reacción del suelo a lo largo del tiempo: - La evolución de la velocidad del CG (y por tanto saber su velocidad al perder contacto con el suelo) - La evolución de la altura del CG - La evolución de la potencia mecánica Para ello se parte del supuesto de que todas las fuerzas que se aplican o se dejan de aplicar y por tanto los impulsos se convierten en variaciones de la cantidad de movimiento y no se pierden.



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En los saltos se definen 4 diferentes tipos de impulsos (2 negativos y 2 positivos): A/ IMPULSOS NEGATIVOS: Se miden por debajo de la línea del peso y encima de la gráfica de fuerza / tiempo. Impulso negativo de descenso: durante el descenso del CG, pe en un CMJ. Impulso negativo de ascenso: durante el ascenso del CG, pe en un CMJ, un SJ o un DJ. B/ IMPULSOS POSITIVOS: Se miden por encima de la línea del peso y debajo de la gráfica de fuerza / tiempo. Impulso de frenado: durante el descenso del CG, por ejemplo en un CMJ. Impulso de aceleración: durante el ascenso del CG, por ejemplo en un CMJ, un SJ o un DJ.

La cantidad de movimiento en el movimiento lineal y en el angular: En el movimiento lineal depende de la masa y de la velocidad lineal: En el movimiento angular depende de masa, radio respecto al eje de giro y de la velocidad angular: Así como la inercia era simplemente la mayor o menor tendencia a permanecer quieto o a velocidad constante, en el término de cantidad de movimiento se contempla la mucha o poca velocidad que tenga el cuerpo y aquí si que se nos está dando información de lo mucho o poco que costará llegar a parar diferentes

vm ⋅

ω⋅⋅ 2rm



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TIPO DE MOVIMIENTO LINEAL ANGULAR

1ª Ley INERCIA m m •r2

2ª Ley CANTIDAD DE MOVIMIENTO m•v m •r2•ω

3ª Ley La cantidad de movimiento se conserva a no ser que ..

La cantidad de movimiento se conserva a no ser que ..

La cantidad de movimiento se puede transferir .. .. ..

La cantidad de movimiento se puede transferir .. .. ..

ACCIÓN REACCIÓN

cuerpos que se estén moviendo a mayor o menor velocidad (no sólo la tendencia a la quietud o al movimiento). En el movimiento angular la inercia se abreviaba como I y en terminología inglesa se le denomina “moment of inertia” Mientras que la cantidad de movimiento angular se suele abreviar como L o H y en terminología inglesa se le denomina “momentum”. En el movimiento lineal:

Mientras que en el movimiento angular: Los ingleses, por tanto tienen al menos 3 momentos diferentes: Moment of force: Momento de una fuerza. Tendencia a girar al aplicar una fuerza a cierta distancia del eje de giro. Moment of inertia: Inercia angular. Tendencia a la quietud o al movimiento a velocidad angular uniforme de los cuerpos. Momentum: Cantidad de movimiento angular o momento angular. Es el producto de la inercia angular por la velocidad angular. PRINCIPIO DE TRANSFERENCIA: La cantidad de movimiento puede transferirse, parcial o totalmente entre cuerpos o entre segmentos de un mismo cuerpo.

vIM L ⋅=

ω⋅= IL



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1- En el movimiento lineal: En choques inelásticos:

A/ con bolas que ruedan por una superficie

B/ con un péndulo múltiple:



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Ya que estamos hablando del movimiento lineal el caso del péndulo nos sirve para ver que ocurre con las velocidades lineales de las bolas en los instantes previos y posteriores al impacto, que se reflejarán directamente en la mayor o menor altura que alcance la bola golpeada. En los casos de antes, pueden haber por medio varias bolas que irán transfiriendo la cantidad de movimiento de unas a otras hasta llegar a la última que es la que saldrá despedida. Hay aplicaciones a muchos deportes y actividades físicas, pe: Ciclismo: Un ciclista empuja a otro y puede llegar hasta quedar totalmente parado, transfiriendo su cantidad de movimiento al otro. Si se va a la misma velocidad, cuanto más pese el ciclista que empuja, tanta más velocidad ganará el que es empujado. Golf: La cantidad de movimiento que tiene el palo en el instante previo al golpeo equivale a la suma, en el instante posterior al golpeo, de la del palo más la de la bola. Es debido a que parte de la cantidad de movimiento que tenía el palo la transferirá en el golpeo a la bola. Cuanta más transfiera tanta más velocidad adquirirá la bola. Fútbol: Se podría decir algo parecido al golf, pero en este caso entre el miembro inferior que chuta y el balón. Lanzamientos: El lanzador puede intentar transferir parte o la totalidad de la cantidad de movimiento que logra en la carrera previa al implemento que lanza. Como este pesará mucho menos que él adquirirá una importante velocidad. Cuando los movimientos previos de los cuerpos que entran en colisión eran en sentido contrario, tras la colisión se transferirá la resta de las cantidades de movimiento que tenían los cuerpos previamente y será en el sentido del movimiento del cuerpo que tenía más.



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Así en deportes en los que haya colisiones y bloqueos habrá dos posibilidades para salir airoso: o ser muy pesado o ser rápido. 2- En el movimiento angular: En el movimiento angular, cada uno de los segmentos que componen un cuerpo que se encuentra girando respecto a un eje tiene una parte proporcional de cantidad de movimiento. En las fases aéreas los cuerpos giran por el CG. Un cuerpo que durante la impulsión haya podido ganar una determinada cantidad de movimiento en un solo eje (pe el transversal) una vez en vuelo puede girar respecto a otros ejes con simplemente cambiar la posición de diferentes segmentos corporales que transferirán así la cantidad de movimiento que tenían de un eje a otro. De esta manera en una batida se puede adquirir cantidad de movimiento en el eje transversal (pe para hacer un mortal) y durante el vuelo se puede realizar un mortal con pirueta (la pirueta es un giro en el eje longitudinal).



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H

ω

I

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN: Si no existen pérdidas el impulso mecánico se convierte en cantidad de movimiento y la cantidad de movimiento perdura (se conserva) a lo largo del tiempo a no ser que aparezcan otras fuerzas que lo eviten. Las pérdidas podrían ser en calor, deformación de cuerpos, rozamiento, resistencia, .. Este principio tiene especiales aplicaciones en el movimiento angular, ya que en él la cantidad de movimiento equivale a: m •r2•ω y durante dichos movimientos podemos modificar al radio de giro. Pues bien, si disminuimos el radio de giro, como la cantidad de movimiento perdura, resulta que aumentará de forma importante la velocidad angular (ω) y si aumentamos el radio de giro disminuirá la velocidad angular (ω). Este principio tiene aplicaciones el las fases aéreas de muchos deportes. Pe un gimnasta que hace un mortal adelante y se da cuenta antes de llegar al suelo que se “pasa” puede extenderse más y con ello disminuir la velocidad de giro de su cuerpo. Al revés, un saltador de trampolín que realiza un doble mortal y se da cuenta antes de llegar al agua que se queda “corto” puede agruparse más y con ello aumentar la velocidad de giro y llegar en la posición que pretendía al agua.

(Hay,1993).

Principio de conservación en un salto de trampolín: mientras durante el vuelo permanece constante la cantidad de movimiento, cuando aumenta la inercia angular disminuye la velocidad de giro y a la inversa también.



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(Hay,1993).

Ejemplo de la cantidad de movimiento en salto de potro (como la paloma en el suelo “handspring”) en un estudio hecho con los finalistas del los juegos Panamericanos de 1987 (Hay, 1993. Cantidad de movimiento en el pre vuelo : 95 kg •m2 / s Cambio de la cantidad de movimiento en el contacto de las manos con el potro: -50 kg •m2 / s Cantidad de movimiento en el vuelo: 45 kg •m2 / s

Mientras la cantidad de movimiento total del cuerpo permanece constante a lo largo del vuelo (principio de conservación) se puede dar transferencia entre los miembros superiores e inferiores de manera que simplemente se muevan unos u otros en vez del giro de todo el cuerpo a la vez, como sucede en el gráfico del saltador de trampolín.

(Hay,1993).



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Un patinador puede ralentizar o aumentar la velocidad de giro respecto al eje longitudinal aumentando o disminuyendo el radio de giro, al cambiar la posición de su cuerpo; normalmente acaban con radios muy pequeños que les proporcionan las mayores velocidades angulares. . Cualquier cantidad de movimiento, por pequeña que sea, que hayamos adquirido en una batida, salto, impulsión, .. .. nos va a estar afectando constantemente durante la fase de vuelo. Los saltadores de longitud habitualmente adquieren durante la batida una cierta cantidad de movimiento en el eje transversal que les llevaría durante el vuelo a ir girando hacia delante, si no hiciesen nada por evitarlo. En una batida se adquiere cantidad de movimiento cuando la fuerza tiene una dirección excéntrica al CG. Si esta fuerza pasa por delante del CG la cantidad de movimiento nos hará girar en el vuelo hacia atrás y si pasa por atrás durante el vuelo giraremos hacia delante.

(Hay,1993).

(Hay,1993).

Sobre una plataforma de poco rozamiento podemos observar lo que le ocurre al patinador y ver mientras se gira que al disminuir la inercia angular (porque se disminuye el radio) aumenta la velocidad angular y viceversa, mientras que la cantidad de movimiento angular permanecería constante de no ser por el rozamiento

Si el gimnasta, en la batida, aplica una fuerza externa a su CG, que pasa por delante de éste, durante el vuelo realizará un mortal atrás.



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Tercera ley de Newton: (ley de acción y reacción): A toda fuerza de acción le corresponde otra del mismo módulo y dirección pero de sentido contrario denominada de reacción. Si empujamos el suelo hacia abajo y éste no se deforma nos devolverá una fuerza hacia arriba en la misma dirección, con el mismo módulo y sentido contrario. En realidad la ley de acción y reacción debe entenderse dentro de la conservación de la cantidad de movimiento. La tierra no se va hacia abajo porque tiene mucha más masa que nosotros. Si damos un paso hacia el muelle desde un buque que no está amarrado, este tampoco se va hacia atrás porque tiene mucha más masa que nosotros, pero si lo hacemos sobre una barca pequeña ésta retrocede considerablemente. Al disparar una bala con una pistola casi no hay retroceso, pero la cosa cambia con una escopeta o con un pequeño cañón. Si una persona tuviera tanta masa como la tierra, cuando saltara (empujando la tierra hacia abajo) la tierra saldría despedida a la misma velocidad que la persona, pero en sentido contrario.

(Aguado,1993).

El principio de acción-reacción debe ser entendido como una conservación de la cantidad de movimiento. Si una persona de igual masa que la tierra saltase “hacia arriba” empujaría con la misma velocidad que él se va hacia arriba la tierra hacia abajo. Si damos un paso hacia delante sobre una barca no amarrada esta se va hacia atrás (porque tiene poca masa respecto a quien da el paso) pero si hiciéramos lo mismo sobre un trasatlántico (que tiene mucha masa) no pasaría nada.



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Cuando existe una deformación del suelo sobre el que se aplica una fuerza la fuerza parte de la fuerza de acción se pierde en la deformación y la fuerza de reacción es menor, como sucede al correr por la playa, o sobre una colchoneta blanda, en donde cuesta más impulsarse. Al lanzar un artefacto como por ejemplo un peso la misma fuerza que aplicamos al artefacto la “sentimos” en sentido contrario contra nuestra mano. El principio de acción y reacción debe contemplarse también en los movimientos que se realizan en los medios aéreo y acuático: En estos medios el principio dice que al no haber un apoyo firme, a todo movimiento de uno o varios segmentos de un cuerpo en un sentido le corresponde el movimiento en sentido contrario de otro u otros segmentos. Unas pinzas de tender al soltarlas abiertas se cierran por igual sus dos extremos. Las palas de los helicópteros giran en un sentido, pero el resto del helicóptero no gira en sentido contrario gracias al rotor de cola, pero si éste falla la cabina empieza a girar en sentido contrario.

(Gutiérrez,1988).

Si realizamos la batida de un salto sobre una colchoneta parte de la fuerza de acción se pierde en la deformación de la colchoneta obteniendo al final una fuerza de reacción menor y un salto de menor altura respecto a si hubiéramos hecho la batida sobre el suelo firme.



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A la acción de la cintura escapular, girando en un sentido, le corresponde la reacción de la cintura pélvica girando en sentido contrario.

(Gutiérrez,1988).

(Dyson,1982). Acción-reacción de unos segmentos frente a otros en fases aéreas.



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3-MÁQUINAS SIMPLES POLEA: - Máquina simple compuesta de una rueda que gira alrededor de un eje sostenido por una horquilla. En un lado cuelga la carga ("resistencia") y en el otro se aplica la fuerza para sostenerla ("potencia") POLEA FIJA: -La horquilla está fija sobre un punto de apoyo inmóvil. - Sirve para cambiar la dirección y sentido en el que se aplica una fuerza sin cambiar su módulo (el valor de esta fuerza). El brazo de potencia y el brazo de resistencia (radios de la rueda) serán siempre iguales y por eso no cambia el valor de la fuerza a lo largo del recorrido sino simplemente la dirección en la que se ejerce la fuerza.

Equivalencias entre la potencia y la resistencia en una polea (P= potencia; R= resistencia; BP= brazo de potencia; BR= brazo de resistencia).

BPBRRP

BRRBPP

⋅=

⋅=⋅

Polea fija.



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- En el cuerpo humano se dan muchos casos de poleas fijas. Las prominencias óseas, como por ejemplo los maleolos, cambian la dirección de los tendones procurando un mejor ángulo de tracción. POLEAS EXCÉNTRICAS FIJAS: - Son poleas en forma de habichuela o elípticas. En ellas los brazos de potencia y resistencia van cambiando a lo largo del recorrido y así el valor de la carga que se maneja a un lado de la polea se transmite en forma de una resistencia cambiante al otro lado de la polea. Poleas excéntricas fijas: según la posición de la polea los brazos de potencia y resistencia se equilibrarán o se potenciará uno o el otro.

Polea excéntrica fija. En la posición en la que se encuentra permite aplicando una menor fuerza vencer una resistencia mayor.

Polea excéntrica fija. En la posición en la que se encuentra hay que aplicar una fuerza mayor a la resistencia que se vence.

Polea excéntrica fija usada en una máquina de musculación. (Kreighbaum y Barthels, 1996).



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POLEAS MÓVILES O POLIPASTOS: - Son poleas que tienen por función multiplicar la fuerza que se ejerce con el objeto de vencer una resistencia que de otra forma no podríamos manejar.

En este polipasto se realiza, a lo largo de todo su recorrido, la mitad de la resistencia que se vence.

En este polipasto se realiza, a lo largo de todo su recorrido, una cuarta parte de la resistencia que se vence. Si en vez de una carga colgada en un extremo estuviéramos tirando de una tirolina estaríamos multiplicando nuestra fuerza para tensarla.



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Aplicación de poleas al cuerpo humano y de polipastos al tensado de tirolinas, partiendo de los diferentes componentes definidos en la “polea ideal”.



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Uso de poleas fijas redondas y excéntricas en máquinas de pesas:

Tres posiciones diferentes a lo largo de un ejercicio de flexión de rodilla con una máquina con polea circular (a) y otra con polea excéntrica (b). Mientras que en la primera se transmite siempre la misma resistencia hasta el lugar de fijación del cable (tobillo) en la segunda va variando la resistencia a lo largo del recorrido.



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PALANCAS:

- Máquina simple compuesta de una barra que gira respecto a un punto (eje o fulcro) en un lugar de la barra cuelga la carga ("resistencia") y en otro se aplica una fuerza para sostenerla ("potencia").

- - Sirven para mantener un equilibrio, potenciar la fuerza que se emplea en vencer una

carga o para poder mover rápidamente la carga. - Las que tienen el eje de giro entre la resistencia y la potencia tienen como función mantener equilibrios y se denominan de primer género o de equilibrio. - Las que tienen en el centro la resistencia, tienen como función potenciar la fuerza que se aplica y se denominan de segundo género o de fuerza. - Las que tienen la potencia en el centro, tienen como función mover rápidamente la resistencia y se denominan de tercer género o de velocidad. - Al considerar palancas internas en el cuerpo humano las barras serán los segmentos óseos, los ejes de giro serán las articulaciones, la potencia será la fuerza que aplican en los puntos de inserción los músculos y la resistencia será el peso de las diferentes partes del cuerpo y posibles cargas externas que se estén manejando.

Palanca de segundo género.

Palanca de tercer género.

Palanca de primer género.

Algunas herramientas basadas en palancas.



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El sistema "storms" es una máquina de trabajo de extensores de rodilla que a medida que se parte de 90º de flexión hasta llegar a la extensión completa va disminuyendo su brazo de resistencia y aumentando el brazo de potencia, por lo que cada vez cuesta menos sostener la carga. . - Diferencias a lo largo del recorrido de extensión de rodilla, manejando una misma carga, entre los sistemas storms, cuerda-polea y bota lastrada.

Sistema storms.

La máquina que se ha dibujado, a medida que se extienden los codos disminuye su brazo de resistencia, pero en cambio mantiene el brazo de potencia gracias a un engranaje que desliza sobre la barra (alejándose a medida que se hace la extensión).



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Palanca de primer género (equilibrio).


Palanca de tercer género (velocidad).


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