EDGAR LOPATEGUI CORSINO
Universidad Interamericana de PR - Metro, División de Educ.
Dept. de Educación Física,
PO Box 191293, San Juan, PR 00919-1293
[Tel: 250-1912, X2286; Fax: 250-1197]
A. Definiciones:
1. Cinética:
Parte de la mecánica
que describe las fuerzas que causan los movimientos, tales como las
fuerzas de:
a. Gravedad.
b. Muscular.
c. Fricción.
d. Resistencia externa.
2. Cinética lineal:
Estudia las fuerzas que causan el movimiento lineal.
II. FUERZA
A. Concepto:
1. Aquello que empuja o hala a
través del contacto mecánico
directo o a
través de la fuerza de gravedad que altera el
movimiento de
un objeto.
2. La fuerza es una cantidad física
que puede acelerar y/o
deformar un
cuerpo.
3. La fuerza es lo que altera el
estado de reposo de un
cuerpo y su
movimiento uniforme en línea recta.
B. Tensión
1. Concepto:
Sistema de fuerzas
que tienden a separar las partes de un
cuerpo, combinadas
con fuerzas iguales y opuestas que
contribuyen
a mantener la unión de las partes.
2. Unidades de medición:
a. Kilogramos (kg).
b. Dinas.
3. Tensión versus fuerza:
a. En fisiologia,
los términos tenstón y fuerza se usan
sinónimamente.
1) Ejemplo:
a) La tensión intramuscular es la fuerza de
contracción muscular.
b) La Fuerza de un músculo es su capacidad para
generar tensión.
C. Unidades de Medida para Fuerza (Masa o Peso)
1. Sistema métrico:
a. Newton (N):
1) Aquella fuerza que le imprime una aceleración de un
(1) metro (m) por segundo por segundo (1 m/seg2) al
cuerpo u objeto de una masa de un (1) kilogramo
(kg), en dirección a la acción de la fuerza.
2) La fuerza requerida para levantar una masa de 0.102
kilogramos (kg) a nivel del mar y a 45 grados de
latitud.
b. Kilopondio (kp):
1) Aquella fuerza que le imparte una aceleración
gravitatoria normal/estándar (9.807 m/seg2 ó 32
pies/seg2) a la masa de un (1) kilogramo (kg).
2) La fuerza que ejerce la gravedad sobre la masa de
un (1) kilogramo (kg) a una aceleración normal de
gravedad (9.807 m/seg2 ó 32 pies/seg2).
c. Pondio (p):
Aquella fuerza que le imparte una aceleración
gravitatoria estándar/normal (9.807 m/seg2 ó 32
pies/seg2) a la masa de un (1) gramo (g).
2. Unidades de masa/peso:
1) Sistema métrico:
a) Kilogramo (kg):
Unidad de medida del sistema métrico que determina
la cantidad de masa en un cuerpo u objeto.
2) Sistema Inglés:
a) Libra (lb):
Unidad de medida del sistema Anglojón que
determina la cantidad de masa en un cuerpo u
objeto.
El peso de una libra estándar a nivel del mar y a 45 grados de latitud.
3. Equivalencias/factores de conversión:
1 N = 0.102 kg = 0.2248 lb = 1 kgm/seg2
1 kp = 9.80665 N
1 p = 9.80665 x 10-3 N
1 kg = 1,000
gramos (g) = 1,000,000 miligramos (mg)
= 35.3 onzas (oz) = 2.2046 libras (lb)
1 lb = 16.0 oz = 454 g = 0.453 kg
1 g = 0.0353 oz = 0.0022 lb = 0.001 kg = 1,000 mg
D. Clasificación:
1. Fuerzas internas:
a. Concepto:
Fuerzas musculares actuando sobre estructuras del cuerpo.
b. Ejemplo:
Tracción del músculo sobre el hueso.
c. Efecto:
Diferencias en el aspecto del cuerpo.
2. Fuerzas externas:
a. Concepto:
Fuerzas actuando fuera del cuerpo:
b. Ejemplo:
Fuerza de gravedad.
c. Efecto:
Desplazamiento del cuerpo.
E. Aspectos/Composición de la Fuerza
(Características/Componentes
de un Vector de Fuerza)
1. Magnitud/intensidad:
a. Concepto:
1) La fuerza de gravedad:
a) Definición:
Fuerza externa que el cuerpo humano debe
sostener y contrarrestar en todas las
experiencias de movimiento.
b) Ejemplo:
Peso del cuerpo:
Ecuación:
P = m x g
DONDE:
P = Peso del objeto
m = masa o cantidad de materia de un objeto
g = la tasa de aceleración de la gravedad
(32 pies/seg2 ó 9.8 km/seg/seg)
b. Magnitud/intensidad de la fuerza muscular:
1) La magnitud/intenisdad de la fuerza muscular se
encuentra en proporción directa al número y tamaño
de las fibras en el músculo que se contrae.
2) Determinantes:
a) Número de fibras musculares en contracción.
b) Tamaño de las fibras musculares en contracción.
3) Calculo de la fuerza potencial que pueda poseer un
músculo:
a) Requisitos:
Su sección transversal fisiológica, la cual es
determinada mediante:
Las medidas internas del músculo.
Su estructura interna.
El numero aproximando de libras (o kilogramos)
que el músculo humano promedio puede ejercer
por pulgada (o centimetro) cuadrado.
4) Sección Transversal Fisiológica (STF):
a) Concepto:
Corte perpendicular que atraviesa cada fibra
muscular dentro del músculo.
b) Cálculo:
Descripción:
Sumar las longitudes de las líneas que cortan
perpendicularmente ( ) a través de las fibras
y multiplicar dicha suma por el promedio del
grosor del músculo.
Ecuación/fórmula:
STF = Grosor del Músculo
X Longitud # Líneas Cortan Cada Fibra
c) Ejemplo:
DADO:
Grosor del Músculo = 3/4
Longitud de las Líneas que Cortan
Perpendicularmente cada Fibra:
1er = 4 pulg.
2da = 5 pulg.
3era = 3 pulg.
BUSQUE:
La Sección Transversal Fisiológica (STF)
SOLUCION:
STF = 3/4 (4 + 5 + 3)
= 3/4 (12)
= 9 pulgadas cuadradas
2. Punto de aplicación:
a. Concepto:
Aquel punto en el cual se aplica la fuerza al objeto.
b. Cuando la fuerza de gravedad esta envuelta:
Este punto se aplica siempre a través del centro de
gravedad de un objeto.
c. Punto de aplicación de la fuerza muscular:
El punto de insersión muscular entre la línea de
fuerza (o tracción) y el eje mecánico de un hueso
o segmento que sirve como palanca anatómica.
3. Dirección:
a. Concepto:
Fuerza transmitida a lo largo de su línea de
acción (representada por un vector), la cual se
dirige hacia abajo (debido a la fuerza de
gravedad) y que comienza desde el centro de
gravedad del objeto.
b. Componentes:
1) Línea de aplicación de la fuerza.
2) Sentido de la fuerza.
c. Dirección de la fuerza muscular:
1) Representación:
La dirección de la línea de tracción (o acción)
del músculo.
2) Identificación:
a) El ángulo de tracción del músculo:
Componentes:
Línea de tracción del músculo.
La porción del eje mecánico ubicado entre
el punto de aplicación y el fulcro.
3) En el cuerpo humano:
a) La fuerza producida por un músculo:
Actúa en la dirección longitudinal del tendón de
ese músculo.
F. Descripción Gráfica de la Fuerza:
a. Una flecha:
1) La base (cola) de la flecha:
Representa el punto de aplicación de la fuerza.
2) Orientación/dirección de la flecha:
Representa la línea de aplicación de la fuerza (la
dirección de la flecha).
3) La punta de la flecha:
Muestra el sentido de la fuerza.
4) El largo/longitud de la flecha:
Representa la magnitud/intensidad de la fuerza.
5) Extensión de la flecha en cualquier dirección:
Representa una extensión de la línea de aplicación.
G. Resolución de Fuerzas
1. La fuerza es una cantidad vectorial:
a. Justificación:
Posee las cualidades de:
1) Magnitud.
2) Dirección.
2. Objetivos para la resolución de fuerzas:
a. Visualizar
el efecto que tienen esas fuerzas en el
cuerpo.
b. Calcular la magnitud de las fuerzas que producen los músculos y las fuerzas de compresión de la articulación.
3. Determinación de la cantidad
vectorial que representa la
fuerza:
a. Gráficamente:
1) La magnitud de la fuerza:
Representa el largo de la línea vectorial.
2) El punto de aplicación de la fuerza:
Es el punto donde la fuerza vectorial comienza.
3) Dirección de la fuerza aplicada:
La tracción hacia afuera desde el punto de
aplicación (la flecha del vector).
4. Angulo de tracción:
a. Principio:
Cuando una fuerza actúa en ángulo en un segmento, esa
fuerza puede resolverse en dos fuerzas componentes,
una vertical y otra horizontal.
b. Implicación:
1) Una fuerza se resuelve en los siguientes componentes:
a) Componente vertical (eje o coordenada-y).
b) Componente horizontal (eje o coordenada-x).
y
Componente
Vertical
x
Componente Horizontal
c. El componente vertical y horizontal:
1) Componente vertical:
Es perpendicular ( ) al eje de x.
2) Componente horizontal:
Es paralelo al eje de x.
La magnitud y la direccion de estos componentes tienen
el mismo efecto que la fuerza original.
d. Componente rotatorio:
Componente al segmento (que puede ser el eje x) que
es la fuerza efectiva en causar el movimiento
rotatorio del segmento alrededor de un eje.
e. Componente paralelo:
Componente que causa compresión o distracción entre las superficies articulares.
f. Para calcular
la magnitud de cada uno de esos
componentes se utilizan las funciones trigonométricas
del triángulo recto de Pitagoras donde la hipotenusa
es la fuerza original.
H
O
A
DONDE:
O = Opuesto H2 = O2 + A2
A = Adyacente
H = O2 + A2
H = Hipotenusa
= Angulo de Tracción
Lado Opuesto:
Lado Adyacente:
O
A
sin =
-----
cos = -----
H
H
O = (sin )H A = (cos )H
O
sin = cos (90 - O)
tan = ------
A
sin
tan = -------
cos
A
cotan
= -----
0
g. El tamaño
relativo de los componentes vertical y
horizontal:
1) Determinante:
El ángulo en el cual la fuerza es aplicada.
h. Analizando la acción musculo-esquelética:
1) El tamaño del ángulo de tracción del músculo:
a) Cambia con cada grado del movimiento articular:
Esto implica que también cambian los tamaños de los componentes horizontal y vertical:
Entre mayor sea el ángulo entre 0 y 90 grados,
mayor será el componente vertical y menor el
componente horizontal.
2) Componente rotatorio:
a) Representa el componente vertical de la tracción
del músculo.
b) Es siempre perpendicular a la palanca.
c) Es aquella parte de la fuerza que mueve la
palanca.
3) Componente no rotatorio:
a) Representa el componente horizontal.
b) Es paralelo a la palanca.
4) Cuando la línea de tracción es de 90 grados:
La fuerza es completamente rotatoria.
5) Cuando la línea de tracción es 45 grados:
Los componentes rotatorios y estabilizadores son
iguales.
6) Problema/ejercicio que demuestra el efecto del
ángulo de tracción sobre una fuerza rotatoria de un
músculo para un ángulo dado:
DADO:
Fuerza = 100 lbs en el punto de la inserción
Angulo de Tracción ( ) = 30 grados
BUSQUE:
La fuerza rotatoria de su fuerza
La fuerza estabilizadora de su fuerza.
El cambio en las fuerzas rotatoria y
estabilizadora cuando el ángulo de tracción es
de:
10 grados
75 grados
SOLUCION:
A UN ÁNGULO DE TRACCIÓN DE 30 :
Componente Rotatorio (Opuesto):
Opuesto
Opuesto
seno = ------------ = seno 30 ---------
Hipotenusa
100 lb
Componente Rotatorio = (100) (seno 30 )
= (100) (0.5000)
= 50 lb
Componente Estabilizador (Adyacente):
Adyacente
Adyacente
cos = ------------ = cos 30 -----------
Hipotenusa
100 lb
Componente Estabilizador = (100) (cos 30 )
= (100) (0.8660)
= 86.6 lb
A UN ÁNGULO DE TRACCIÓN DE 10 :
Componente Rotatorio (Opuesto):
Opuesto
Opuesto
seno = ------------ = seno 10 ---------
Hipotenusa
100 lb
Componente Rotatorio = (100) (seno 10 )
= (100) (0.1736)
= 17.36 lb
Componente Estabilizador (Adyacente):
Adyacente
Adyacente
cos = ------------ = cos 10 -----------
Hipotenusa
100 lb
Componente Estabilizador = (100) (cos 10 )
= (100) (0.9848)
= 98.48 lb
A UN ÁNGULO DE TRACCIÓN DE 75 :
Componente Rotatorio (Opuesto):
Opuesto
Opuesto
seno = ------------ = seno 75 ---------
Hipotenusa
100 lb
Componente Rotatorio = (100) (seno 75 )
= (100) (0.9659)
= 96.59 lb
Componente Estabilizador (Adyacente):
Adyacente
Adyacente
cos = ------------ = cos 75 -----------
Hipotenusa
100 lb
Componente Estabilizador = (100) (cos 75 )
= (100) (0.2588)
= 25.88 lb
5. Poleas
a. Concepto:
1) Es generalmente un carrete con una cuerda corriendo
sobre éste.
2) La polea es una rueda acanalada en su
circuferencia, que gira alrededor de un eje fíjo
por la acción de una cuerda que pasa alrededor de
ella.
2) El eje es sostenido por un armazón.
3) Todo el conjunto puede usarse en forma de:
a) Polea fija, o
b) Polea móvil.
b. Función:
Se utilizan para cambiar la dirección de una fuerza ó
para aumentar ó disminuir la magnitud de la fuerza.
c. Poleas anatómicas:
1) Descripción general:
En el cuerpo no tenemos poleas como tal pero
tenemos unas prominencias oseas y otros medios.
2) Objetivos/propósitos (funciones):
a) Desviar/cambiar la dirección de la fuerza de un
músculo:
Esto ocurre al cambiar el ángulo de tracción de
un músculo, el cual ejerce su fuerza durante la
contracción.
b) Aumentar la ventaja mecánica del músculo:
Esto ocurrer al aumentar su brazo de esfuerzo
(distancia perpendicular desde la línea de
acción del músculo y el eje de movimiento
de la articulación).
3) Ejemplo:
a) La patella:
Aumenta el ángulo de tracción de los músculos
cuadriceps según cruza por el frente de la
rodilla (en otras palabras, cambia la
dirección de la línea de acción del
cuadriceps y aumenta el largo del brazo del
esfuerzo del cuadriceps (palancaje):
Esto incrementa el componente de la fuerza
rotatoria por parte de los cuadriceps.
4) Tipos de poleas en el cuerpo humano:
a) Dentro del sistema musculoesqueletal:
Existen poleas anatómicas de tipo fijas y
sencillas.
b. Tipos:
1) Polea sencilla:
Su proposito es cambiar la línea de una fuerza.
2) 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.
6. Resolución de fuerzas externas:
a. Se lleva a
cabo en la misma manera que fue explicado
con las fuerzas musculares.
b. Podría
ser utilizada cuando la fuerza se aplica a un
ángulo oblicuo.
c. Ejemplo:
1) Empujar una mesa diagonalmente:
a) La fuerza se aplica en un águlo ablicuo, por lo
que posee ambos componentes de fuerza (vertical
y horizontal):
R = Fuerza aplicada diagonalmente.
y = Componente vertical (La añade a la
resistencia).
x = Componente horizontal (sirve para soportar
la resistencia de la mesa).
R
y
x
b) Determinate para que se pueda mover la mesa:
El componente horizontal:
La cantidad total de fuerza aplicada en la
dirección horizontal.
H. Efectos Compuestos de Dos o más Fuerzas
1. Fuerzas lineales:
a. Concepto:
1) Fuerzas aplicadas en la misma dirección a lo largo
de la misma línea de acción.
2) Dos fuerzas que actúan en la misma dirección, y se
aplican en el mismo punto:
Son equivalentes a una fuerza simple actuando en
aquella dirección, y cuya magnitud/intensidad es
igual a la suma de las magnitudes/intensidades de
cada una de las fuerzas.
b. Ejemplos:
1) Dos fuerzas aplicadas a un mismo cuerpo/objeto:
La resultante (c) de las dos fuerzas es igual a la
suma de las dos fuerzas (a + b = c).
a b
c (Resultante)
+ =
2) Dos fuerzas actúan en direcciones opuestas a un
mismo cuerpo/objeto:
La resultante (c) de las dos fuerzas es igual a la
resta de las dos fuerzas (a - b = c)
b
a b
c
- =
=
a
2. Fuerzas concurrentes:
a. Concepto:
Fuerzas actuando en el mismo punto pero a
diferentes ángulos.
b. Principios:
1) Dos fuerzas iguales actuando sobre un punto
común, y en direcciones opuestas:
Producirán un estado de equilibrio.
2) Dos fuerzas desiguales actuando sobre un punto
común, y en direcciones opuestas:
a) Producirán un movimiento en la dirección de la
fuerza mayor.
b) La intensidad de la fuerza que producirá
este movimiento será igual a la diferencia
entre las intensidades de las dos fuerzas
desiguales que se oponen entre si.
3) La resultante de dos o más fuerzas concurrentes
dependerá de la:
a) Magnitud de cada fuerza.
b) El ángulo de aplicación (la dirección de cada
fuerza).
3. Fuerzas paralelas:
a. Concepto:
Fuerzas paralelas a la línea de acción que actúan
en
diferentes puntos sobre el cuerpo.
b. El efecto de las fuerzas paralelas sobre un objeto:
1) Determinantes:
a) Magnitud de la fuerza.
b) Dirección de la fuerza.
c) Punto de aplicación de la fuerza.
III. LAS LEYES DE MOVIMIENTO DE NEWTON
A. Ley de Inercia
1. Descripción de la ley:
Un cuerpo
en reposo permanecerá en reposo y un
cuerpo
en movimiento continuará moviendose en
línea
recta y a una velocidad constante a menos que
fuerzas
externas modifiquen su estado.
2. El concepto de inercia:
a. La propiedad
de un objeto que causa que se mantenga
en su estado de reposo o movimiento.
b. La resistencia
de un cuerpo a toda variación en su
estado de movimiento o de reposo.
c. La fuerza efectiva inversa de un cuerpo.
3. La medición de inercia en el cuerpo:
a. La cantidad de masa que posee:
Entre mayor sea la masa de un objeto, mayor será la
inercia.
4. Ejemplo de la aplicación de la ley de inercia:
Una vagoneta
colocada en un suelo o carril horizontal
requerirá
la aplicación de una fuerza considerable para
ponerla
en movimiento, pero una vez conseguido este
objetivo
continuará moviéndose hasta que otra fuerza,
como por
ejemplo la colisión con los parachoques de otra
vagoneta,
detenga su progresión. Si en la primera
vagoneta
iba un hombre de pie, éste será proyectado
hacia
delante en el momento de la colisión ya que su
cuerpo
continuará moviéndose a causa de la inercia.
B. Ley de Aceleración
1. Descripción de la Ley:
La
aceleracion de un cuerpo/objeto es directamente
proporcional a la fuerza que causa la aceleración
y es inversamente proporcional a la masa de ese
cuerpo/objeto.
2. Implicaciones:
a.
Si la aceleración de un cuerpo es directamente
proporcional a la fuerza, entonces:
Entre mayor sea la fuerza aplicada al cuerpo, mayor
será la aceleración.
b.
Si la aceleración de un cuerpo es inversamente
proporcional a la masa de un cuerpo, entonces:
Entre mayor sea la masa (o inercia) de un cuerpo,
menor será la aceleración en respuesta a una fuerza
aplicada dada.
3. El peso de un objeto
no es la masa del mismo sino el
efecto de la aceleración por la gravedad en una masa.
Por lo tanto, el peso es una fuerza.
P
P = m x g ; m = -----
g
DONDE:
P = Peso (Fuerza que ejerce la gravedad)
m = masa del cuerpo
g = aceleración de la gravedad (32 pies/seg2)
4. Ecuación:
a. Relación entre la fuerza, aceleración y masa:
F
a ---- ó F
m X a
m
DONDE:
a = aceleración del cuerpo (sistema)
F = Fuerza neta externa aplicada al cuerpo
m = masa del cuerpo reciviendo la fuerza externa
= es proporcional a
b.
Cuando se le asignan unidades de fuerza, masa y
aceleración, la relación de estos factores
significa se expresa como sigue:
F
a = ---- ó F = m X a
m
c. Ejemplo:
DADO:
m = 160 lbs
a = 2 pies/seg2
CONOCIDO:
F
P
m = ---- ; F = ---- x a
g
g
SOLUCION:
160 lbs
F = -------------- x 2 pies/seg2
32 pies/seg2
F = 10 lbs
5. Impulso:
a. Concepto
1) El impulso de un cuerpo es la cantidad de
movimiento que posee.
2) Está representado por el producto de la masa y la
velocidad.
El producto de la fuerza y el tiempo sobre la
cual actúa (Ft).
b. Principios/implicaciones:
1) La fuerza responsable de este impulso producirá
un movimiento lento en un cuerpo relativamente
pesado
2) El movimiento será más rápido en un cuerpo más
ligero.
c. Ecuación:
1) Impulso es igual al producto de la masa de un
objeto y su cambio en velocidad:
F(t) = m(vf - vi)
DONDE:
F(t) = Impulso, donde:
F = Fuerza
t = tiempo durante el cual la fuerza es aplicada
m = masa del objeto
vf - vi = cambio en velocidad, donde:
vf = velocidad final de un sistema
vi = velocidad inicial de un sistema
6. Momentum:
a. El producto de la masa y velocidad (mv).
b.
Es una cantidad de movimiento que puede aumentar o
reducirse al aumentar o reducir la masa o la
velocidad:
Entre mayor sea la masa o peso (fuerza) de un cuerpo
en movimiento y/o mayor sea el tiempo en que se
aplica la fuerza, mayor será su cambio en momentum.
c. Ecuación:
M = m x v
DONDE:
M = Momentum del sistema
m = masa del sistema
v = velocidad del centro de gravedad del sistema
d. Representación vectorial:
1) Cantidad vectorial:
a) Posee dirección, magnitud y un punto de
aplicación.
b) Los vectores se visualizan gráficamente por medio de:
Una línea de acción:
La línea de acción se dibuja en una escala
arbitraria para representar la magnitud de
la fuerza.
Con una flecha que nos indica la direccion de esa fuerza.
Con un punto de aplicación que representa la
aplicación de una fuerza en un cuerpo.
C. Ley de Acción-Reacción:
1. Descripción de la ley:
Para cada acción siempre hay una reacción igual y opuesta.
2. Aplicación:
Un
velocista puede aumentar su velocidad de los bloques
de salida si aumenta su fuerza contra los bloques.
3. Conservación del momentum:
a. Ley de la conservación del momentum:
1) Concepto:
Un systema en movimiento continuará moviendose a
un momentum constante a menos que una fuerza
externa actúe sobre él.
2) Descripción:
En cualquier sistema donde fuerzas actúan una sobre la otra, el momentum se mantiene constante.
3) Implicaciones teóricas:
a) Este principio representa el cambio en momentun cuando el objeto o cuerpo es puesto en movimiento por una fuerza.
b) Puesto que la fuerza que causa este cambio en
el momentum debe poseer un fuerza igual y
opuesta, debe tomar lugar otro cambio en
momentum igual u opuesto sobre el objeto o
cuerpo que produce la fuerza reactiva.
IV. FUERZAS QUE MODIFICAN EL MOVIMIENTO
A. Peso:
1. Fuerza de gravedad:
a. Medición:
El peso del cuerpo aplicado a través del centro de
gravedad del cuerpo y dirigido hacia el eje de la
tierra.
b. Ecuación:
P = m x g
2. Fuerzas de contacto:
a. Reacción normal:
1) Las fuerzas siempre existen en parejas:
a) Las fuerzas que actúan entre dos cuerpos son
iguales y actúan en direcciones opuestas (según
la Tercera Ley de Newton):
Cada vez que hay un empujón debe haber otro empujón opuesto.
b. Fricción:
1) Concepto/descripción:
a) La fuerza que se opone al movimiento cuando una
superficie se desliza sobre otra.
b) La fuerza que opone al esfuerzo para que se deslice o ruede un cuerpo sobre el otro.
2) Valor/importancia:
Nos permite caminar, correr y efectuar cualquier tipo de movimiento.
3) Desventaja:
a) Aumenta la dificultad de mover objetos:
En ocasiones, se intenta reducir la fricción
en ciertos deportes:
La suela de los zapatos de los jugadores de
boliche:
Deben de poseer muy poca fricción, de
manera que puedan deslizarse con mayor
facilidad durante el acercamiento.
4) Tipos de fricción:
a) Fricción dinámica:
Concepto:
La resistencia de fricción producida durante
el movimiento.
Característica:
Es ligeramente menor que la fricción de
limitación.
Puede reducirse posteriormente durante los
movimientos de una extremidad, siempre que
éste permanezca apoyado en una superficie
plana, por el uso de una superficie
pulimentada, como una tabla en la que se
deslice la extremidad.
b) Fricción de limitación:
La fricción que se produce en el preciso momento en que empieza el deslizamiento.
5) La cantidad de fricción entre una superficie y la
otra:
a) Determinantes:
La naturaleza de las superficies.
La naturaleza de las fuerzas que presionan
ambas superficies.
b) Ejemplos:
Las superficies lisas poseen menos fricción que
las ásperas/rústicas.
6) Principios:
a) La fricción es proporcional a la fuerza que
presiona ambas superficies.
b) La fuerza de la fricción actúa paralela a las
superficies que se deslizan una sobre la otra
y opuesta a la dirección del movimiento.
7) Ejemplos prácticos concerniente a la aplicación de
los principios de la fricción:
a) Para poder reducir la fricción:
La aplicación de polvo de talco o de aceite en la superficie de apoyo reducirá sucesivamente la fricción y contribuirá a facilitar el movimiento
La suspensión de la región que deba moverse
eliminará virtualmente toda resistencia de
fricción.
b) La fricción puede ser suficiente para impedir
el movimiento, como en el caso de superficies
o substancias rugosas, tales como la goma,
cuando se hallan en contacto una con otra.
8) Coeficiente de fricción:
a) Concepto:
La razón entre la fuerza requerida para
contrarestar la fricción ejercida por la
fuerza que aguanta o presiona las superficies
una hacia la otra.
b) Ecuación/fórmula:
F
µ = ----
P
DONDE:
µ = Coeficiente de fricción
F = Fuerza requerida para mover el objeto
P = La fuerza que aguanta (o presiona) al
objeto contra la superficie. Equivale
al peso del objeto.
b. Elasticidad y rebote:
1) Coeficiente de elasticidad o restitución:
a) Concepto/definición:
El estrés dividido entre esfuerzo ("strain").
b) Ejemplos en deportes:
La compresión de bolas.
2) Angulo de rebote:
a) Principios:
El rebote de un objeto perfectamente elástico es similar a la reflexion de la luz:
El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
3) Efectos del giro ("spin") sobre el rebote:
a) Afecta los ángulos de rebote.
3. Fuerzas de fluído (líquido):
a. Flotabilidad:
1) Concepto:
a)
Fuerzas dirigidas hacia arriba que contrabalancean
el peso (fuerza) que actúa verticalmente a través
del centro de gravedad de un objeto en agua:
La magnitud de esta fuerza es igual al peso del agua desplazada por el cuerpo flotante.
b) Principio de Arquímedes:
Cualquier objeto sólido completamente o
parcialmente sumergido en un líquido flotará
mediante una fuerza igual al peso del líquido
desplazado por el objeto:
Un cuerpo sumergido en agua se hundirá hasta
que el peso del agua que desplaza sea igual al
peso del cuerpo.
Objetos que se hunden (flotabilidad negativa):
No desplazan la cantidad suficiente de agua para
que igualen su peso:
Cuando el volumen de agua desplazado por un
objeto o cuerpo pesa menos que el peso del
objeto/cuerpo, el objeto/cuerpo se hundirá.
Cantidad de agua desplazada por un objeto o
cuerpo (la fuerza boyante positiva actuando sobre
el centro de gravedad del objeto/cuerpo sumergido
en el agua):
Equivale a la diferencia en el peso de un objeto
cuando se encuenbra sumergido en agua y el peso
de ese mismo objeto determinado fuera el agua.
El peso del agua que desplaza el objeto o cuerpo:
Equivale al peso total del objeto/cuerpo
flotante.
2) Componentes de la flotabilidad:
a) Fuerza boyante:
Concepto:
Representa la presión que ejerce el agua hacia
arriba contra el volumen/objeto sumergido en el
agua.
Si la fuerza boyante excede la fuerza de gravedad
(en otras palabras, si el peso del objeto/cuerpo
es menor que la fuerza boyante máxima):
El objeto sube (flota).
Si la fuerza de gravedad excede la fuerza boyante:
(en otras palabras, si el peso del objeto/cuerpo
es mayor que la fguerza boyante máxima):
El objeto se hunde.
Si la fuerza de boyante y la de gravedad son
iguales:
El objeto no subirá y se hundirá.
Origen de la fuerza boyante:
Las fuerzas de presión
Determinación de la fuerza boyante (fuerza hacia
arriba neta):
La diferencia entre las fuerzas hacia arriba y las de abajo.
Equivale al peso del líquido desplazado.
b) Centro de flotabilidad del volumen/objeto:
Representa el punto a través del cual actúa la
fuerza boyante:
Es el punto de aplicación de la fuerza boyante.
3) Gravedad específica:
a) Concepto:
La razón (proporción) del peso del cuerpo de un volumen de agua equivalente.
b) Objetos que poseen una gravedad específica de 1.0:
Son aquellos que desplazan una cantidad de agua
igual en peso y volumen a su peso y volumen.
Ejemplo:
El agua pura.
c)
Objetos que poseen una gravedad específica menos de
1.0:
Son menos densos que el agua pura.
Flotarán:
Son aquellos que desplazan un volumen de agua
menos que su volumen:
Estos objetos o cuerpos flotarán con parte de
éstos sobre la superficie del agua.
d)
Objetos que poseen una gravedad específica mayor de
1.0:
Son más densos.
Se hundirán.
e) Gravedad específica en seres humanos:
Entre mayor cantidad de grasa (y menos cantidad de
masa muscular) posea el individuo, menor será la
gravedad específica, y viceversa.
Gravedad específica de las diferentes partes del
cuerpo:
Determinante:
La distribución del tejido muscular, óseo y
adiposo (grasa) en el cuerpo.
Las extremidades inferiores (piernas):
o Poseen comunmente una alta gravedad específica:
Consecuentemente, estas son las partes del
cuerpo que con frecuencia se hunden durante
una flotación de espalda en el agua.
La región torácica:
o Poseen comunmente una baja gravedad específica
(poseen el peso más bajo para su volumen):
Esto implica que la región torácica es la
parte más boyante del cuerpo. El cuerpo puede
aumentar su capacidad boyante (flotabilidad
positiva) en ésta región del cuerpo al
mantener sus pulmones inflados con aire.
Gravedad específica en mujeres:
Poseen mayores proporciones de grasa que los
varones:
o Esto implica que poseen una gravedad
específica menor que la de los varones:
Como resultado, las mujeres se encuentran más
capacidasdas para flotar en comparación con
los hombres.
b. Levantamiento y arrastre:
1) Fuerza de levante:
a) Cuando un cuerpo se mueve a través de un fluído:
La fuerza de levante representa la fuerza del fluído
que se opone al movimiento hacia el frente del
cuerpo.
b) Es perpendicular a la fuerza de arrastre.
c) Provoca que al cuerpo levantarse conforme se mueve hacia el frente.
c. Patrones en el aire y giro (spin) de la bola:
1. El patrón de aire que rodea a un objeto, puede ser:
a. Liso.
b. Turbulento.
c. Principio de Bernoilli:
La presión en un líquido que se mueve disminuye
conforme su velocidad aumenta.
V. TRABAJO, POTENCIA Y ENERGIA
A. Trabajo
1. Concepto:
El producto de
la cantidad de fuerza aplicada y la
distancia a
través de la cual la fuerza actúa para
contrarestar
su resistencia.
2. Ecuación/fórmula:
a. Trabajo realizado
por un cuerpo desplazandose en un
movimiento lineal:
T = F x d
DONDE:
T = Trabajo realizado
F = Fuerza aplicada por el objeto o cuerpo
d = Distancia que recorre la aplicación de la
fuerza
3. Unidades de medida/expresión:
a. La combinación
de una unidad de fuerza con una unidad
de distancia:
1) Sistema Inglés:
Pies-Libras (pies-lbs)
2) Sistema métrico:
a) Julios (J):
1 julio equivale a 102 x 1 gramo de fuerza
ejercido a través de 1 centímetro.
4. Ejemplos:
PROBLEMA # 1:
Determinar
el trabajo requerido para levantar un
maletín del piso que pesa 20 libras del piso para
colocarlo en una mesa ubicada a 5 pies del suelo.
DADO:
F = 20 lbs
d = 5 pies
CONOCIDO:
T = F x d
SOLUCION:
T = 5 pies x 100 lbs
T = 100 pies-lbs
PROBLEMA # 2:
Determinar
el trabajo realizado cuando se aplica una
fuerza de 20 libras a lo largo de un plano inclinado
que mide 10 pies con una distancia vertical de 5 pies.
DADO:
F = Fuerza requerida para contrestar la resistencia = 20 lbs
p = Plano de inclinación = 10 pies
d = Distancia vertical = 20 lbs
CONOCIDO:
T = F x d
SOLUCION:
T = 20 lbs x 5 pies
= 100 lbs-pies
5. Tipos de trabajo:
a. Positivo:
1) Concepto:
Aquel trabajo efectuado en la misma dirección en que el cuerpo se mueve.
2) Ejemplo:
a) Durante la acción muscular concéntrica de los
músculos extensores de las piernas para
colocarse de pie desde una posición en cuclillas
(rodillas flexionadas):
Los músculos extensores de la pierna se
contraen concéntricamente, a favor de la
fuerza de gravedad:
El cuerpo se mueve en la misma dirección que
los músculos extensores contraiendose
concentricamente.
b. Negativo:
1) Concepto:
Aquel trabajo realizado en dirección opuesta al
movimiento del cuerpo.
2) Ejemplo:
a) Durante la acción muscular eccéntrica envuelta
por parte de los extensores de las piernas al
flexionar las rodillas (encuclillarse):
Los músculos extensores de la pierna se
contraen eccéntricamente para resistir el
efecto de la fuerza de gravedad sobre el
cuerpo:
El cuerpo se mueve en una dirección opuesta
a la fuerza de contracción eccéntrica hacia
arriba que ejercen los músculos de las
piernas.
6. Trabajo mecánico realizado por un músculo individual:
a. Ejemplos:
1) Cuando se conoce la fuerza ejercida por un músculo:
PROBLEMA:
Determinar el trabajo (en pies-libras) efectuado
por un músculo rectangular, 4 pulgadas de ancho
y 1½ pulgada de ancho ejerciendo una fuerza de 66
libras mientras mueve angularmente una palanca
ósea.
DADO:
F = 66 lbs
Longitud de las Fibras Musculares en Reposo
= 4 pulg
d = Cantidad de Acortamiento
= Mitad de su Longitud en Reposo
= 2 pulg.
CONOCIDO:
T = F x d
Acortamiento de la Fibra Muscular Promedio
= Mitad de su Longitud en Reposo
Fibras de un Músculo Rectángulo Pequeño:
Corren Todo el Largo del Músculo
12 pulg = 1 pie
SOLUCION:
1 pie
T = (66 lbs) (2 pulg x -------- )
12 pulg
= 11 pies-lbs
2) Cuando no se conoce la fuerza ejercida por un
músculo:
DADO:
F = 90 lbs/pulg2
Grosor del Músculo = 0.5 pulg.
Ancho del Músculo = 1.5 pulg.
d = Cantidad de Acortamiento
= Mitad de su Longitud en Reposo
= 2 pulg.
CONOCIDO:
T = F x d
F = Sección Transversal Fisiológica (STF)
= Sección Transversal (ST) del Músculo
STF = Grosor del Músculo
X Longitud # Líneas Cortan Cada Fibra
ST = Ancho del Músculo X Grosor del Músculo
12 pulg = 1 pie
SOLUCION:
1. Buscar la Sección Transversal (ST) del
Músculo:
ST = 1.5 pulg X 0.5 pulg
= 0.75 pulg2
2. Buscar la cantidad de fuerza ejercida por el
músculo:
Dado:
Fuerza (F) Promedio = 90 lb/pulg2
Sección Transversal (ST) = 0.75 pulg2
Solución:
F = 90 lb/pulg2 X 0.75 pulg2
= 67.5 lb
3. Buscar la cantidad de trabajo efectuado por
este músculo, primero en pulgadas-libras y
luego en pies-libras:
Trabajo en pulg-lb:
T = (67.5 lbs) (2 pulg)
= 135 pulg-lbs
Trabajo en pies-lb:
135 pulg-lbs 1 pie
T = --------------- x -------- )
1
12 pulg
= 11.25 pies-lbs
b. Trabajo realizado por un músculo cuya la longitud
promedio de su fibra muscular se conoce y su sección
transversal physiológica (STF) se ha determinado:
1) Ecuación/Fórmula:
a) En pulg-lbs:
T = 90 X STF (en pulg2)
X ½ Longitud de sus Fibras (en pulg)
b) En pies-lbs:
T = [90 X STF (en pulg2)
X ½ Longitud de sus Fibras (en pulg)]
1 pie
X --------
12 pulg
B. Potencia
1. Concepto:
La cantidad de trabajo realizado por una unidad de tiempo.
2. Ecuación/fórmula:
a. Ecuación Convencional:
F x d
T
P = ------- ó P =
-----
t
t
DONDE:
P = Potencia
T = Trabajo Mecánico Realizado
t = Tiempo
d
b. Tomando en
consideración que ----- es una unidad de
velocidad (v):
t
P = F x v
3. Unidades de medida/expresión:
a. La combinación
de una unidad de trabajo con una unidad
de tiempo:
1) Sistema Inglés:
a) Pies-Libras por minuto (pies-lbs/min):
Potencia (P) producida cuando la fuerza (F)
constante de una (1) libra actúa sobre un cuerpo
un objeto que se mueve verticalmente a lo largo
de una distancia (d) de un (1) pie en un (1)
minuto (min).
b) Caballo de fuerza (CF), caballo de vapor (CV) ó
"horse power" (hp):
Aquel trabajo capaz de levantar/desplazar
verticalmente un peso o masa de 75 kilogramos
a la altura/distancia de un (1) metrop (m) en
el tiempo de un (1) segundo (seg).
Es utilizado como una unidad de potencia
mecánica.
2) Sistema métrico:
a) Vatio o Watt (W):
Es la potencia (P) producida por el paso de un
(1) amperio de corriente que circula con una
fuerza o presión electromotriz de un (1)
voltio.
El trabajo realizado durante un (1) segundo
capaz de producir/emitir la energía de un (1)
Julio (J).
Es la medida que describe la potencia
eléctrica producida en un cicloergómetro
electromecánico.
b) Kilopondio-metro por minuto (kpm/min):
La fuerza (F) requerida para mover un
resistencia, peso o masa de un (1) kilogramo
a través de una distancia (d) de un (1) metro
en un (1) minuto (min).
Se utiliza para describir la cadencia de
trabajo (potencia producida) en un
cicloergómetro mecánico.
4. Equivalencias métricas e inglesas:
1 kpm/min = 7.23 pies-lb/min = 0.16345 W = 0000219 hp
1 kpm//seg = 9.81 W
1 pie-lb/min = 0.1383 kpm/min = 0.0226 W = 0.00003 hp
1 pie-lb/min = 1.3559 W
1 W = 6.118 kgm/min
= 44.236 pies-lb/min = 0.001341 hp
= 1 J/seg
1 hp = 4,564.0 kgm/min = 33,000.0 pies-lb = 746.0 W
1 hp = 75 kpm/seg = 550 pies-lbs/seg C. Energía
1. Concepto:
Capacidad para hacer trabajo.
2. Característcas:
a. Se dice que
un cuerpo posee energía cuando éste pueda
efectuar trabajo.
b. Existen diferentes
formas de energía:
1) Ejemplos de algunas formas de energía:
Calor, sonido, luz, eléctrica, química, atómica y
mecánica.
c. Una forma
de energía puede ser convertida en otra
forma:
1) Ejemplo:
a) Cuando una bola es golpeada por un bate:
Parte de la energía mecánica se convierte en
energía de sonido y calor, pero nunca la energía
se pierde.
d. La energía
no puede ser creada ni destruída (Ley de
Conservación de la Energía):
1) Principio:
La cantidad total de energía que posee un cuerpo o
un sistema aislado permanece constante.
3. Clasificación:
a. Energía potencial:
1) Concepto:
La capacidad que posee un cuerpo para realizar
trabajo debido a su posición o configuración.
2) Ejemplos:
a) Un peso de pie:
Un clavadísta de pie en la plataforma.
Un codo doblado.
Un resorte/muelle comprimido.
3) Cálculo:
a) Descripción verbal:
El producto de la fuerza de un objeto posee y la distancia sobre la cual puede actuar.
b) Ecuación/fórmula:
EP = m X g X h
DONDE:
EP = Energía Potencial
m = La masa del cuerpo
g = Fuerza de gravedad
h = La altura entre el centro de
gravedad y la superficie sobre la
cual caerá el objeto
c) Ejemplo:
PROBLEMA:
Determinar la Energía Potencia de un
clavadísta de pie en una plataforma de
clavados.
DADO:
m = 150 lbs
g = 150 lbs
Centro de Gravedad (CG): 20 pies sobre la
superficie del agua
h = 20 pies
CONOCIDO:
EP = m X g X h
SOLUCION:
EP = 150 lb X 20 pies
= 3,000 pies-lb
b. Energía cinética:
1) Concepto:
La energía que resulta del movimiento.
2) Características/implicaciones:
a) Entre más rápido se mueva un cuerpo, mayor energía cinética posee.
b) Cuando un cuerpo deja de moverse, su energía cinética se pierde.
3) Ecuación/fórmula:
EC = ½ X M X v2
DONDE:
EC = Energía Cinética
m = La masa del cuerpo u objeto
v = velocidad
VI. REFERENCIAS
1. Barham, Jerry N. Mechanical Kinesiology. Saint
Louis: The
C.V. Mosby Company,
1978. Págs. 287-299, 414-421.
2. Bäumler, Günther y Klaus Schneider.
Biomecánica Deportiva:
Fundamentos
para el Estudio y la Práctica. España,
Barcelona: Ediciones
Martinez Roca, S.A., 1989.
Págs.
55-
3. Brancazzio, Peter. Sport Science: Physical Laws
and Optimum
Performance.
New York: Simon and Schuster, 1984.
Págs.
56-117.
4. Cooper, John M., Marlene Adrian y Ruth B. Glassow.
Kinesiology.
St. Louis: The C.V. Mosby Company, 1982.
Págs.
66-91.
5. Gowitzke, Barbara A. y Morries Milner. Scientific
Bases of
Human Movement.
3ra. ed., Baltimore: William & Wilkins,
1988. Págs.
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6. Hay, James G. Biomecanics of Sports Technique.
3ra. ed.;
Englewood Cliffs,
New Jersey: Prentice-Hall, Inc., 1985.
Págs.
57-104, 169-175.
7. Hochmuth, Gerhard. Biomechanics of Athletic Movement.
German
Bemocratic Republic:
Sportverlag Berlin, 1984.
Págs.
26-38, 65-77, 120-153.
8. Kreighbaum, Ellen y Katharine M. Barthels. Biomechanics:
A
Qualitative
Approach for Studying Human Movement.
Minneapolis,
Minn.: Burgess Publishing Company, 1981.
Págs.
12-24, 43-49, 50-83, 415-424.
9. Leveau, Barney F. "Basic Biomechanics in Sports
and
Orthopaedic
Therapy". En: James A. Gould III y George J.
Davies (editores).
Orthopaedic and Sports Physical
Therapy. Vol
II. St Louis: The C.V. Mosby Compaby, 1985.
Págs.
65-83.
10. Luttgens, Kathryn y Katharine F. Wells. Kinesiology:
Scientific Basis
of Human Motion. 7ma. ed.;
Philadelphioa:
Saunders College Publishing, 1982.
Págs.
307-348
11. Rash, Phillip J. y Roger K. Burke. Kinesiología
y Anatomía
Aplicada. 6ta.
ed.; Buenos Aires: Librería "El Ateneo"
Editorial, 1985.
Págs. 75-82.
12. Soderberg, Gary L. Kinesiology: Application to Pathological
Motion. Baltimore:
Williams & Wilkins, 1986. Págs.
13. Vivente Casas Reyes, José; Josué Muños
Quevedo y Jorge
Quiroga Chaparro.
Física: Cinemática-Dinámica y Energía.
México:
Editorial Limusa, 1977. Págs. 129-174.
14. Wiktorin, Christina V. Heijne y Margareta Nordin.
Introduction
to Problem Solving in Biomechanics.
Philadelphia:
Lea & Febiger, 1986. Págs. 1 -31.
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