Tema 9. Palancas y poleas PDF

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BIOMECÁNICA DEL MOVIMIENTO HUMANO

PALANCAS Y POLEAS Maquinas simples: palancas y poleas -

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En mecánica, una maquina simple es un mecanismo o conjunto de mecanismos no sofisticados que transforman una fuerza aplicada en otra donde se ha modificado el punto de aplicación, la magnitud, la dirección y/o el sentido de la fuerza para conseguir una ventaja mecánica Características de las palancas • Las palancas se componen de cuatro elementos principales  Una barra rígida  Un punto de apoyo o “fulcro”  Dos fuerzas: una de resistencia y otra de potencia • Funciones: suelen utilizarse para vencer resistencias muy grandes (palanca de potencia) o para mover resistencias más pequeñas a grandes velocidades (palanca de velocidad) • Las fuerzas (resistencia y potencia) crean dos momentos de fuerza:  El momento de resistencia (MR)  El momento de potencia (MP) • Cada momento tiende a hacer girar la barra hacia un lado

¿Qué pasa cuando las fuerzas no se aplican perpendicularmente a la palanca?  Habría que calcular los brazos de palanca (de resistencia y de fuerza), siendo este la distancia mínima entre el eje de giro y el vector de la fuerza Características de las poleas • Las poleas convencionales se componen de una rueda con un eje de giro anclada a una superficie fija o móvil • El canto de la rueda forma un carril o garganta por el que se desliza una cuerda o cable, a la que se aplica, por un extremo la resistencia, y por el otro la potencia • Igual que las palancas, tienen un brazo de potencia y un brazo de resistencia • Las poleas simétricas se pueden comparar con palancas de primer genero (de equilibrio)  BP = BR •

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Tipos de palancas -

Según la eficacia mecánica • La eficacia mecánica es la relación entre los brazos de potencia y resistencia  Em= BP/BR Palanca de equilibrio (Eficacia mecánica (Em)= 1)  Los brazos son iguales: BP = BR • Palanca de potencia (Em > 1)  La fuerza aplicada es magnificada. La resistencia a mover puede ser mayor que la potencia que se aplica  La potencia tiene que desplazarse mucho más que la resistencia, lo que conlleva pérdida de velocidad  BP > BR • Palanca de velocidad (Em < 1)  La potencia que hay que aplicar es mayor que la resistencia  La ventaja es que con pequeños desplazamientos de la potencia se consigue mover mayor distancia la resistencia y por tanto, se gana velocidad  BP < BR Según el orden de sus componentes • De primer género: fulcro entre la potencia y la resistencia (no tienen que estar equidistantes). Pueden ser de equilibrio, de potencia o de velocidad • De segundo género: resistencia entre la potencia y el fulcro. El brazo de potencia es mayor, por lo que son palancas de potencia o fuerza • De tercer género: potencia entre la resistencia y el fulcro. El brazo de potencia es menor, por lo que son palancas de velocidad •

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Las palancas en el cuerpo humano -

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En el cuerpo humano la barra son los huesos, el punto de apoyo suelen ser las articulaciones, la potencia es la fuerza que produce el musculo en la contracción y la resistencia es el peso del segmento que se analiza aplicada en su centro de gravedad, o ese peso mas la carga externa que este movilizando Palancas de primer, segundo y tercer género: • De primer género:

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De segundo género:

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De tercer género:

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La mayoría de las palancas del cuerpo humano son de tercer genero y tienen el brazo de potencia muy corto  Esto indica que el cuerpo está mejor diseñado para realizar movimientos veloces que para manejar grandes cargas  Con poco acortamiento del musculo conseguimos movilizar mucho el extremo de la palanca Momento de fuerza y tipo de contracción • Una articulación esta en equilibrio estático cuando la suma de todos los momentos de fuerza que intervienen en un sistema, en este caso en la palanca, sea igual a cero  ΣM = 0 (contracción isométrica)  ฀฀฀฀ − ฀฀฀฀ = 0 ; ฀฀฀฀ = ฀฀฀฀  ฀฀ ∙ ฀฀฀฀ = ฀฀ ∙ ฀฀฀฀ • Si los momentos no son iguales, se produce un giro en sentido del mayor momento de fuerza  Σ฀฀ ≠ 0 (contracción dinámica)  MP > ฀฀฀฀ (contracción concéntrica)  MP < ฀฀฀฀ (contracción excéntrica) Modificaciones en el momento de fuerza a distintos ángulos • Al realizar una contracción, la longitud del musculo se va modificando, pero también se modifica el ángulo con respecto a la palanca, lo cual hace que a su vez se modifique el brazo de potencia • La fuerza muscular puede descomponerse en dos componentes como eje de coordenadas la propia palanca ósea •

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BIOMECÁNICA DEL MOVIMIENTO HUMANO

La componente paralela al hueso (Fx) actúa como fuerza estabilizante que tiende a juntar el hueso contra la articulación o a separarlo de ella en función del ángulo Por otra parte, la otra componente perpendicular al hueso (Fy) es la responsable de que se produzca el momento de fuerza y la rotación, por lo tanto es la potencia de la palanca ósea Cada articulación tiene una evolución particular del momento de fuerza al cambiar el ángulo La genética puede predisponer hacia palancas veloces o potentes según la distancia de inserción  En la articulación de la rodilla, la rotula contribuye a magnificar el efecto del cuádriceps aumentando el brazo de potencia, ya que separa el tendón rotuliano del eje de giro  En el codo, donde no existe una rotula, el brazo de potencia se modifica con la flexión. Cuando está extendido, el brazo de potencia es mayor, mientras que cuando se flexiona disminuye • Sin embargo, cuando el codo esta en flexión, el tríceps esta estirado, con lo que su capacidad de producir fuerza es mayor  El tendón de Aquiles se inserta en la parte postero-inferior del calcáneo envolviendo una bolsa serosa • Durante la extension del tobillo, el lugar de inserción del tendón y la presencia de la bolsa serosa favorecen que el brazo de palanca apenas cambie durante todo el recorrido articular • Si el tendón de Aquiles se insertara en la parte superior del calcáneo, a medida que se produjera la contracción, se reduciría el BP

Modificación del brazo de resistencia -

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Aplicaciones a la ergonomía • Al manipular cargas, si se hace con la carga alejada del cuerpo aumenta el brazo de resistencia, incrementando el momento de resistencia que tienen que compensar los músculos extensores de la espalda Aplicaciones al ejercicio físico • Modificando la colocación de los brazos durante la realización de ejercicios de fortalecimiento abdominal, se puede desplazar el centro de gravedad, aumentando o disminuyendo el brazo de resistencia • Lo mismo ocurre con las flexiones o fondos de brazos. En función de la distancia entre el apoyo de las manos y el punto de giro, se puede modificar el brazo de resistencia

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Poleas simétricas y asimétricas -

Poleas simétricas y fijas: cambian la dirección de la fuerza

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Poleas asimétricas y fijas: cambian la dirección y la intensidad del momento de fuerzas

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Si variamos la dirección de la fuerza cambiamos el brazo de potencia

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Sistema de cable-polea: la resistencia de las pesas se transmite por el cable hasta el pie. A medida que se extiende la rodilla, el brazo de resistencia se reduce • Para contrarrestar la reducción del brazo de resistencia se puede utilizar una polea asimétrica Ejemplo:

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En las maquinas de musculación de cuádriceps e isquiotibiales se puede contrarrestar la reducción del brazo de resistencia incorporando un elemento que hace de polea

Poleas en el cuerpo humano -

Son escasas y suelen ser poleas fijas (rotula es móvil) Las prominencias óseas cambian la dirección de la fuerza que se transmite a través del tendón

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En el tobillo, el tendón del tibial posterior y flexor largo del primer dedo pasan por detrás del maléolo tibial y salen hacia adelante. El peroneo lateral largo pasa también por detrás del maléolo y por debajo del pie (el calcáneo hace de polea) En estos casos, los músculos se sitúan en un segmento que le permite tener un tamaño mayor, mientras que su acción se produce a distancia La rotula hace de polea cambiando la acción de la fuerza producida por la tensión del cuádriceps e incrementando su eficacia al aumentar el brazo de potencia También se producen poleas con ligamentos en forma de cinta, como por ejemplo en las falanges de los dedos Otras poleas menos evidentes •

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