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INTRODUCION

La palanca, una de las cinco grandes máquinas simples de la Antigüedad, ha sido y continúa siendo un componente básico en nuestros ingenios mecánicos, permitiéndonos ahorrar multitud de esfuerzo en tareas cotidianas. Las palancas nos permiten obtener lo que llamamos una ventaja mecánica, bien sea multiplicando nuestra fuerza, ampliando la velocidad del movimiento o aumentando nuestra precisión. Una palanca es una barra, que en el caso ideal es de masa despreciable, y que se sostiene sobre un punto de apoyo, también denominado fulcro. Al ejercer una fuerza en un punto de la palanca, ésta se transmite a través de ella, recibiéndose modificada en otro punto. Esta fuerza transmitida y modificada por la palanca se utiliza para vencer una resistencia. En función de la situación del punto de apoyo, del punto de aplicación de la fuerza ejercida y del punto en el que la resistencia es vencida, existen tres tipos de palancas. La función usual de una palanca es obtener una ventaja mecánica de modo que una pequeña fuerza aplicada en un extremo de una palanca a gran distancia del punto de apoyo, produzca una fuerza mayor que opere a una distancia más corta del punto de apoyo en el otro, o bien que un movimento aplicado en un extremo produzca un movimiento mucho más rápido en el otro. El objetivo del presente informe es identificar los princípios de la biofísica aplicada en el movimento del cuerpo humano; Conocer y ubicar los sistemas de palancas en el cuerpo humano; Diferenciar las palancas de acuerdo con la ubicación del punto de apoyo y de los puntos de aplicación de la potencia y de la resistencia y diferenciar los tres géneros de palancas e comprender la acción muscular a través del conocimiento de las clases de palancas.

LAS PALANCA La palanca es una máquina simple que tiene como función transmitir una fuerza. Está compuesta por una barra rígida que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo llamado fulcro. Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se aplica a un objeto, para incrementar su velocidad o la distancia recorrida, en respuesta a la aplicación de una fuerza. Sobre la barra rígida que constituye una palanca actúan tres fuerzas: -

LA POTENCIA: es la fuerza que aplicamos voluntariamente con el fin de obtener un resultado; ya sea manualmente o por medio de motores u otros mecanismos.

-

LA RESISTENCIA: es la fuerza que vencemos, ejercida sobre la palanca por el cuerpo a mover. Su valor será equivalente, por el principio de acción y reacción, a la fuerza transmitida por la palanca a dicho cuerpo.

-

LA FUERZA DE APOYO: es la ejercida por el fulcro sobre la palanca. Si no se considera el peso de la barra, será siempre igual y opuesta a la suma de las anteriores, de tal forma de mantener la palanca sin desplazarse del punto de apoyo, sobre el que rota libremente.

En física, la ley que relaciona las fuerzas de una palanca en equilibrio se expresa mediante la ecuación:

-

Siendo P la potencia, R la resistencia, y dp y dr las distancias medidas desde el fulcro hasta los puntos de aplicación de P y R respectivamente, llamadas brazo de potencia y brazo de resistencia.

Si en cambio una palanca se encuentra rotando aceleradamente, como en el caso de una catapulta, para establecer la relación entre las fuerzas y las masas actuantes deberá considerarse la dinámica del movimiento en base a los principios de conservación de cantidad de movimiento y momento angular. Las palancas se dividen en tres géneros, también llamados órdenes o clases, dependiendo de la posición relativa de los puntos de aplicación de la potencia y de la resistencia con respecto al fulcro (punto de apoyo). El principio de la palanca es válido indistintamente del tipo que se trate, pero el efecto y la forma de uso de cada uno cambian considerablemente.

 PALANCA DE PRIMERA CLASE En la palanca de primera clase, el fulcro se encuentra situado entre la potencia y la resistencia. Se caracteriza en que la potencia puede ser menor que la resistencia, aunque a costa de disminuir la velocidad transmitida y la distancia recorrida por la resistencia. Para que esto suceda, dp ha de ser mayor que dr. Cuando lo que se requiere es ampliar la velocidad transmitida a un objeto, o la distancia recorrida por éste, se ha de situar el fulcro más próximo a la potencia, de manera que dp sea menor que dr. Ejemplos de este tipo de palanca son el balancín, las tijeras, las tenazas, los alicates o la catapulta (para ampliar la velocidad). En el cuerpo humano se encuentran varios ejemplos de palancas de primer género, como el conjunto tríceps braquial - codo antebrazo.

 PALANCA DE SEGUNDA CLASE En la palanca de segunda clase, la resistencia se encuentra entre la potencia y el fulcro. Se caracteriza en que la potencia es siempre menor que la resistencia, aunque a costa de disminuir la velocidad transmitida y la distancia recorrida por la resistencia. Ejemplos de este tipo de palanca son: -

la carretilla

-

los remos

-

Y el cascanueces.

 PALANCA DE TERCERA CLASE En la palanca de tercera clase, la potencia se encuentra entre la resistencia y el punto de apoyo. Se caracteriza en que la fuerza aplicada es mayor que la obtenida; y se la utiliza cuando lo que se requiere es ampliar la velocidad transmitida a un objeto o la distancia recorrida por él. Ejemplos de este tipo de palanca son: -

el quita-grapas

-

pinza de cejas

-

Y en el cuerpo humano

-

el conjunto codo

-

bíceps braquial - antebrazo,

-

la articulación temporo-mandibular.

Como las palancas son maquinas, cada una tendra su respectiva ventaja mecanica VM = R/F y si se desprecia el peso de la palanca y las fuerzas de friccion, entonces V M ideal = R/F = bp/br luego R.br = P.bp ,donde bp y br son los brazos de palanca de la potencia y de la resistencia respectivamente, es decir las distancias desde los puntos de aplicación de la potencia y de la resistencia hasta el fulcro.

LAS PALANCAS EN EL CUERPO HUMANO El aparato locomotor del cuerpo humano, los huesos actuan como palancas y las articulaciones como puntos de apoyo para ellas. Al contraerse, el músculo se acorta y aplica una fuerza de tracción sobre uma palanca ósea en el punto de unión al hueso. Ello hace que la inserción ósea se mueva alrededor de su punto de apoyo. Las palancas están formadas por cuatro elementos:



Una varilla o barra rígida (hueso).



F - Un pivote fijo o punto de apoyo alrededor del cual se mueve la varilla.



R - Un peso o resistencia que es movida.



E - Una potencia o fuerza que impulsa a la palanca a desplazarse y generar movimiento (contracción muscular).

Según la posición en el espacio del sistema involucrado en el movimiento, una misma articulación puede presentar más de un género. Sobre la palanca del sistema conviene destacar dos elementos muy importantes para el análisis biomecánico. Encontramos el Brazo de potencia, como la distancia perpendicular entre el apoyo y la línea de acción muscular, determinada entre sus tendones. Y, por otro lado, el Brazo de resistencia, como la distancia horizontal entre el apoyo y el punto de aplicación de la resistencia. De acuerdo con la ubicación del punto de apoyo y de los puntos de aplicación de la potencia y de la resistencia se distinguen tres géneros de palancas:

I.

PALANCA DE PRIMER GRADO EN EL CUERPO HUMANO

Es aquella en la que el punto de apoyo (F) está situado entre el punto de aplicación de la resistencia (R) y el de la potencia (P). Considerada palanca de equilibrio, donde el apoyo se encuentra entre las fuerzas potencia y resistencia. Considerada palanca de equilibrio, donde el apoyo se encuentra entre las fuerzas potencia y resistencia. Ejemplos: 1) Articulación occipitoatloidea .- La elevación de la cabeza o el movimiento de inclinación hacia atrás sobre el atlas.

La parte facial de la calavera es el peso,

la articulación entre

el cráneo y el atlas el punto de apoyo y los músculos de la espalda producen la fuerza.

-

Ventaja: mejora el movimiento de balanceo

-

Desventaja: no oferece ventaja mecânica, tampoco fuerza.

2) 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.

3) Las Vértebras.- La vértebra mantiene el cuerpo erecto, es decir, el punto de apoyo “A” está en la columna vertebral, las fuerzas resistentes R1 e R2 en los músculos abdominales, y en los brazos, y la fuerza potente P en los músculos glúteos.

Ventaja: aumenta la flexibilidad del cuerpo. Desventaja: no ofrece mayor fuerza.

4) Mandíbula.- Funciona como una palanca del tipo interpotente donde F es el fulcro, E es la fuerza aplicada y R es el área de resistencia. Cuanto más próximas del fulcro, más intensas son las fuerzas desarrolladas.

5) El conjunto formado por los músculos gastrocnémico de la pierna (la potencia), por lo calcáneo (el fulcro) e por lo pié (la resistencia) constituyen un ejemplo de palanca del 1° grado.

II.

Palanca de segundo grado en el cuerpo humano:

Es aquella en la que el punto de aplicación de la resistencia (R) está situado entre el punto de apoyo (F) y la aplicación de la potencia (P). Considerada como palanca de fuerza, donde la fuerza resistencia se sitúa entre la fuerza potencia y el apoyo. Ejemplos: 1) Articulación tibiotarsiana .- La elevación del cuerpo sobre los dedos de los pies.

El punto de apoyo se localiza en el apoyo del pie sobre el piso, la potencia se determina por el punto

de

musculatura

inserción sobre

de

la el

calcáneo por medio del tendón de Aquiles y la resistencia se determina a su vez por el peso del cuerpo a levantar que carga sobre

la articulación

peróneo-astragalina.

tibio-

-

Ventaja: las palancas de 2° grado son inter - resistentes, pues la resistencia esta entre la fuerza y el eje de movimiento. Esta presenta ventaja mecánica, pues su brazo de fuerza es mayor que su brazo de resistencia.

-

Desventaja: poca resistencia para mantenerse en posición.

2) Extensión del cuadril.- Con los pies elevados y en decúbito dorsal, manos espalmada sobre el suelo, miembros superiores al largo del cuerpo, muslos en la vertical, pies sobre un apoyo.

3) Tobillo.- Pie apoyado en los dedos al caminar: La fuerza motora la hace el músculo de la pantorrilla y la resistencia es el peso del cuerpo.

4) Articulación del codo.- Los huesos del antebrazo se apoyan en la articulación del codo; el músculo bíceps se contrae y vence el peso del antebrazo.

-

Ventaja: mayor fuerza en el brazo

-

Desventaja: poca resistencia

5) Descenso del maxilar inferior.- Abrir la boca frente a una resistencia. En la imagen, la resistencia es el dedo abajo del maxilar inferior.

III.

Palanca de tercer grado en el cuerpo humano

Es aquella donde se encuentra una potencia (P) aplicada entre el punto de apoyo (F) y el punto de aplicación de la resistencia (R). Este tipo de palanca es el más numeroso del organismo, sobre todo de las extremidades. Considerada palanca de velocidad, donde la fuerza potencia se encuentra entre la fuerza resistencia y el apoyo. Ejemplos:

1) Articulacion del codo.- (en el movimiento de flexión) En este movimiento el punto de apoyo es la articulación del codo, la potencia agrupa

a

los músculo

bíceps

braquial y músculo braquial anterior y la resistencia está representada por el antebrazo, la mano y lo que ésta debe levantar.

-

Desventaja: Es interpotente y no ofrece ventaja mecánica.

-

Ventaja: alta capacidad de para producir movimientos contra resistencias elevadas.

2) Flexión de la perna sobre el muslo - Los cuádriceps trabajan accionando una palanca de tercer género, cuando por ejemplo, damos una patada al balón en un partido de fútbol. Así los cuádriceps, hacen pivotar a la pierna hacia arriba, venciendo su peso.

3) Escapulo-humeral.- Algunos músculos peri articulares actúan sobre las superficies articulares manteniéndolas en contacto y reforzando la acción puramente pasiva de los ligamentos fibrosos, de este modo se comporta como ligamentos activos de la articulación. Cada musculo de una manera aislada posee una acción que le es propia

4) Cadera.- Una vez que la rodilla sirve como punto de apoyo y el cuádriceps ejerce una potencia sobre ella, la cadera genera una resistencia, funcionando como una palanca de 3° grado.

5) Flexión del muslo sobre la pelvis.- Los cuádriceps también accionan una palanca de tercer género, cuando flexionamos el muslo.

Desventaja: no ofrece ventaja mecánica. Ventaja: mayor producción de movimientos contra altas resistencias.

6) Flexión del musculo recto del abdomen.- sobre la pelvis que funciona como punto de apoyo y el tronco del cuerpo ejerce resistencia, acciona una palanca del 3° grado.

7) Articulación de la muñeca – La elevación del cuerpo sobre las manos

El punto de apoyo se localiza en el apoyo de las manos sobre el piso, la potencia se determina por los músculos del antebrazo y la resistencia se determina a su vez por el peso del cuerpo al levantarse.

8) Extensión del musculo recto del abdomen - La pelvis funciona como el punto de apoyo.

9) Durante el ejercicio de flexión, el cuerpo funciona como una palanca de 3° grado. El lugar en el que tus pies tocan el suelo es el punto de apoyo ,tus manos proveen la fuerza y tu centro de gravedad está cerca del centro. Si todos los otros factores se mantienen equivalentes, debería ser más fácil para una persona alta hacer una flexión porque la fuerza está más lejos del punto de apoyo, haciendo un mayor efecto palanca.

10) Cuádriceps.- En el cuádriceps se da una situación especial porque los cuatro músculos tienen direcciones distintas entonces se debe sacar la resultante de todas las fuerzas.

11) Flexión del muslo sobre la pelvis.- Los cuádriceps también acionan una palanca de tercer género, cuando flexionamos el muslo.

12) Tobillo.- El gráfico muestra el tipo de palanca que forma el muslo y el sistema de fuerzas que actúa. En rojo la fuerza del vasto externo, en verde la del recto anterior, en azul la del vasto interno, en negro la resultante.

13) Tríceps sural.- El eje es la articulación de la rodilla, la fuerza ejercida por el tríceps sural es hecha en la inserción proximal de la tíbia, y la resistencia es el peso de la perna y del pié.

14) Isquiotibiales .- Músculo que actúan sobre la rodilla.

15) Falanges.- El movimiento de un dedo, formado por sus 3 falanges, donde la falange proximal se convierte en el eslabón 1 o fijo, la falange media en el eslabón 2 de un grado de libertada de movimiento, y le eslabón 3 que es la falange distal posee 2 grados de libertad.

Centro de gravedad en el Cuerpo Humano El centro de gravedad es un punto que representa el eje del peso de un objeto, y a su vez es el punto donde todas las partes se equilibran, Además, en el cual todo el peso corporal se concentra y donde todos los planos del cuerpo se intersectan unos a otros. Los factores que determinan la posición del centro de gravedad en el cuerpo son: -

la estructura anatómica individual

-

las posturas habituales de pie

-

las posiciones actuales

-

el hecho de sostener pesos externos

-

La edad, género (femenino o masculino).



Persona de pié Una persona puesta de pie no se cae, mientras la vertical de su centro de gravedad está comprendida dentro de la superficie limitada por los bordes exteriores de las plantas de sus pies. Por esto es tan difícil mantenerse sobre un solo pie y aún más sobre guardar el equilibrio en el alambre, ya que en estas condiciones la base es muy pequeña y la vertical del centro de gravedad puede rebasar sus límites fácilmente. L centro de gravedad em la persona de pié está a la altura del pubis.



Cuando se encuentra de cuchillas En la posición de cuchillo reaccionan contra el mantenimiento del equilibrio inestable. Doblando las rodillas para ponerte en cuclillas, y manteniendo la espalda recta, el centro de gravedad se mantiene igual que en bipedestación.



En cúbito dorsal La posición tumbada es con respecto a la influencia de la fuerza de la gravedad del cuerpo la más sencilla puesto que el cuerpo está totalmente apoyado y fijado por el peso. Coincide el centro de gravedad con el centro giratorio de rotación, se encuentran uno junto al otro, así que solo hace falta una fuerza

muscular insignificante para conseguir el equilibrio entre todas las fuerzas que tienen lugar en el cuerpo.