´                 BIOMECANICA                          F´                           ISICA                     Luis Domenec...
Parte IMagnitudes F´            ısicas   Luis Domenech         ´                   BIOMECANICA
Magnitudes F´            ısicas  Definici´n (Magnitud F´         o             ısica)  Propiedad o Cualidad medible de un s...
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Prefijos  Es habitual utilizar prefijos para as´ manejar cantidades m´s c´modamente:                                      ı ...
Definiciones                    Movimiento       Esfuerzos de los huesosEquilibrio en las articulaciones                   ...
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  1. 1. ´ BIOMECANICA F´ ISICA Luis DomenechDepartamento de Ingenier´ de Edificaci´n y Producci´n Industrial ıa o o Universidad CEU Cardenal Herrera luis.domenech@uch.ceu.es
  2. 2. Parte IMagnitudes F´ ısicas Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  3. 3. Magnitudes F´ ısicas Definici´n (Magnitud F´ o ısica) Propiedad o Cualidad medible de un sistema f´ ısico Las magnitudes f´ ısicas se miden usando un patr´n que tenga bien o definida esa magnitud, y tomando como unidad la cantidad de esa propiedad que posea el objeto patr´n. o Toda medida de una magnitud debe ser expresada mediante una cantidad y una unidad. Longitud = 4.2 m Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  4. 4. Magnitudes F´ ısicas Tipos de Magnitudes Intensivas Son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o del tama˜o de un sistema. (Posici´n, Temperatura, n o Presi´n, Densidad, ...) o Extensivas Son aquellas que s´ dependen de la cantidad de sustancia ı o del tama˜o de un sistema.(Masa, Volumen, Energ´ ...) n ıa, Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  5. 5. Cantidades Tipos de Cantidades Escalares Son aquellas que quedan completamente definidas por un n´mero. Podemos decir que poseen un m´dulo, pero que u o carecen de direcci´n. (Masa, Temperatura, Energ´ o ıa,...). Vectoriales Son aquellas que quedan caracterizadas por una cantidad (intensidad o m´dulo),una direcci´n y un o o sentido.(Posici´n, Velocidad, Fuerza,...) o Matriciales Son las que caracterizan propiedades o comportamientos f´ ısicos que cambian al elegir otro sistema de coordenadas. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  6. 6. Sistema Internacional Todas las magnitudes f´ısicas pueden expresarse en funci´n de un peque˜o o n n´mero de magnitudes fundamentales. La elecci´n de las unidades patr´n u o o o est´ndar para estas magnitudes determina un sistema de unidades. El a Sistema Internacional de Unidades es el m´s habitual: a Magnitud Unidad Longitud Metro (m) Tiempo Segundo(s) Masa Kilogramo(kg) Corriente El´ctrica e Amperio(A) Temperatura Kelvin (K) Intensidad Luminosa Candela(cd) Cantidad de Sustancia Mol Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  7. 7. Prefijos Es habitual utilizar prefijos para as´ manejar cantidades m´s c´modamente: ı a o exa E 1018 atto a 10−18 peta P 1015 femto f 10−15 tera T 1012 pico p 10−12 giga G 109 nano n 10−9 mega M 106 micro µ 10−6 kilo k 103 mili m 10−3 hecto h 102 centi c 10−2 deca da 101 deci d 10−1 Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  8. 8. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesosEquilibrio en las articulaciones Parte II Din´mica a Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  9. 9. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulaciones´Indice 1 Definiciones 2 Movimiento 3 Esfuerzos de los huesos 4 Equilibrio en las articulaciones Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  10. 10. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesDin´mica a Definici´n o Parte de la f´ ısica que trata de las causas que producen el movimiento, es decir, estudia las leyes del movimiento en relaci´n con las fuerzas que lo o producen. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  11. 11. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesFuerza Definici´n o Todo agente capaz de modificar el movimiento o la forma de los cuerpos materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energ´ ıa. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  12. 12. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesLeyes de Newton Definici´n (Primera ley de Newton) o Una part´ ıcula libre se mueve con movimiento rectil´ ıneo uniforme Definici´n (Segunda ley de Newton) o La fuerza resultante aplicada sobre una part´ıcula es proporcional a la aceleraci´n adquirida por dicha part´ o ıcula y a una constante llamada masa. Fi = ma Definici´n (Tercera ley de Newton) o La fuerza ejercida por un cuerpo sobre otro es siempre igual y de sentido contrario a la ejercida por el segundo sobre el primero : Fi→j = −Fj→i Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  13. 13. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesFuerza en los seres vivos    M´sculos esquel´ticos u e       Fuerza en los seres vivos .     Esqueleto      Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  14. 14. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesM´sculos u En los m´sculos la fuerza se produce gracias a las fibras musculares. El u citoplasma de estas c´lulas contiene miles de miofibrillas, estando consti- e tuidas ´stas a su vez por una repetici´n de unas unidades denominadas e o sarc´meros. o ´ Estas se disponen de forma longitudinal y su principal caracter´ ıstica es que son capaces de variar la longitud, lo que hace posible que los m´sculos se u contraigan y ejerzan una fuerza sobre las estructuras ´seas en la que se o insertan. Las miofibrillas se disponen a su vez en paralelo. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  15. 15. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesM´sculos u As´ pues, la fuerza total de un m´sculo es la suma de las fuerzas desarrolla- ı u das por las miofibrillas que lo componen, lo que implica que es proporcional a su secci´n transversal: cuanto m´s grueso es un m´sculo, m´s miofibrillas o a u a contiene y mayor es la fuerza que puede desarrollar. Los m´sculos esquel´ticos de los vertebrados son capaces de ejercer una u e fuerza m´xima de 30N/cm2 . a Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  16. 16. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesEsqueleto Los animales vertebrados tienen un esqueleto interno que act´a como sus- u tentaci´n general de la estructura corporal y tambi´n como palanca para o e mover los miembros y los distintos segmentos corporales. Dicho de otro modo, el esqueleto consiste en un conjunto de elementos r´ıgidos conecta- dos por articulaciones flexibles para que puedan moverse unos respecto de otros y unidos por ligamentos el´sticos que permiten la rotaci´n pero no a o la separaci´n. o Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  17. 17. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesosEquilibrio en las articulaciones Section 2 Movimiento Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  18. 18. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesEl movimiento se produce a trav´s de las articulaciones. e Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  19. 19. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesArticulaci´n Bisagra o Generalmente hay dos m´sculos, el flexor y el extensor, que cierran y abren u la bisagra respectivamente. S´lo permiten la rotaci´n alrededor de un eje. o o Ejemplo: rodilla, codo. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  20. 20. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesArticulaci´n Cond´ o ılea Permite la rotaci´n alrededor de dos ejes. Ejemplo: mu˜eca o dedos o n Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  21. 21. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesArticulaci´n Esferoides o Una bola de rodamiento en el extremo de uno de los huesos, alojada en una cavidad esf´rica del otro, lo que da libertad para girar alrededor de e cualquier eje. Ejemplo: cadera, hombro. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  22. 22. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesArticulaci´n Pivotal o Es la que aparece en el movimiento de la cabeza, en el que la primera v´rtebra, el atlas, gira alrededor de una extensi´n de la segunda, el axis, e o que act´a como pivote. u Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  23. 23. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesArticulaci´n Deslizante o Permite deslizamientos limitados, como los que se dan entre v´rtebras e sucesivas. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  24. 24. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesosEquilibrio en las articulaciones Section 3 Esfuerzos de los huesos Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  25. 25. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesDebido a su composici´n (hidroxiapatita, col´geno y elementos celula- o ares), los huesos antes de romperse experimentan una deformaci´n el´stica o a(reversible) y pl´stica (irreversible). La resistencia, rigidez y absorci´n de a oenerg´ del hueso dependen de sus propiedades materiales (composici´n, ıa omorfolog´ porosidad), aspectos estructurales (geometr´ largo, curvatu- ıa, ıa,ra) y factores mec´nicos (velocidad y orientaci´n de las cargas) a o Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  26. 26. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesTracci´n o Act´a sobre el eje largo del hueso intentando alargarlo e interviene en las u fracturas transversas o por avulsi´n. o Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  27. 27. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesCompresi´n o Act´a en el eje largo del hueso intentando acortarlo. Interviene en las u fracturas por impacto o con hundimiento. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  28. 28. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesFlexi´n o Act´a sobre un punto focal espec´ u ıfico sobre el hueso, generando fracturas transversas u oblicuas cortas. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  29. 29. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesCorte Las fuerzas deslizantes son transmitidas en paralelo al eje largo del hueso. Causa fracturas de prominencias ´seas a lo largo de la l´ o ınea de la fuerza o en las configuraciones fractuarias oblicuas. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  30. 30. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesTorsi´n o Act´a sobre el eje largo hueso e interviene en las fracturas en espiral. u Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  31. 31. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulaciones Section 4Equilibrio en las articulaciones Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  32. 32. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesPalanca interfija Palanca de primer g´nero o palanca interfija. Ejemplo: articulaci´n occipi- e o toatlantoidea. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  33. 33. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesPalanca interresistente Palanca de segundo g´nero o palanca interresistente. Ejemplo: articulaci´n e o de corvej´n. o Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  34. 34. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesPalanca interpotente Palanca de tercer g´nero o palanca interpotente. Ejemplo: Articulaci´n del e o codo. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  35. 35. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesosEquilibrio en las articulaciones Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  36. 36. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesEjemplo 1Tenemos un paciente B´xer con frac- otura de radio y c´bito y necesitamos uconstruir una ortesis resistente y livia-na, la ortesis construida es de PVC ypesa 140 g. Debemos calcular la fuer-za que ejerce el paciente para caminarcon el aparato ortop´dico de forma earmoniosa. Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  37. 37. Definiciones Movimiento Esfuerzos de los huesos Equilibrio en las articulacionesEjemplo 1 Fr · Br = Fp · Bp Fr = 0,140kg 0,140kg · 18cm = Xkg · 13cm Br = 18cm 18 X = 0,140 · Fp = Xkg 13 Bp = 13cm X = 0,193kg = 1,9N Conclusi´n: La fuerza empleada por el animal es de 0,193 kg o 1,90 N o Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  38. 38. Definici´n o Equilibrio Est´tico aEquilibrio Din´mico a Parte IIICentro de Masas Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  39. 39. Definici´n o Equilibrio Est´tico a Equilibrio Din´mico a´Indice 5 Definici´n o 6 Equilibrio Est´tico a 7 Equilibrio Din´mico a Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  40. 40. Definici´n o Equilibrio Est´tico a Equilibrio Din´mico aCentro de Masas Definici´n o Para un sistema formado por un conjunto de N part´ ıculas llamamos centro de gravedad o centro de masas (CM) al promedio ponderado de las posiciones de esas N part´ ıculas: m1 r1 + m2 r2 + m3 r3 + ... rCM = m1 + m2 + m3 + ... Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  41. 41. Definici´n o Equilibrio Est´tico a Equilibrio Din´mico aEquilibrio Est´tico a Definici´n o El equilibrio est´tico se consigue cuando la vertical del CM cae sobre la a superficie limitada por las extremidades en contacto con el terreno Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  42. 42. Definici´n o Equilibrio Est´tico a Equilibrio Din´mico aSuperficie de Contacto Animales b´ ıpedos Animales cuadr´pedos u Luis Domenech ´ BIOMECANICA
  43. 43. Definici´n o Equilibrio Est´tico a Equilibrio Din´mico aEquilibrio Din´mico a Mantener el equilibrio mientras nos movemos es dif´ y requiere un con- ıcil trol neurol´gico complejo, como demuestra el hecho de que a un ni˜o le o n cuesta un a˜o dominar los mecanismos necesarios para mantenerse en pie n y caminar. As´ en los b´ ı, ıpedos es m´s complicado que en los cuadr´pedos, ya que a u la superficie cubierta por las extremidades de los cuadr´pedos es siempre u mayor que en los b´ıpedos, lo que facilita el equilibrio. Por ejemplo, un caba- llo mantiene permanentemente la situaci´n de equilibrio mientras camina, o pues s´lo levanta una pata en cada instante y las otras tres delimitan una o superficie dentro de la cual cae el CM del animal. Durante la carrera se van sucediendo per´ ıodos de inestabilidad transitoria. Luis Domenech ´ BIOMECANICA

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