2. Objetivos de aprendizaje
1. Reconocer las diferencias entre la cinética y la cinemática en el
estudio de la biomecánica
2. Comprender las leyes de Newton y su importancia en el estudio de la
biomecánica
3. Identificar los diferentes tipos de palancas, sus característica e
identificarlas en el cuerpo humano
4. Interpretar clínicamente los conceptos de centro de masa, base de
sustentación y balance
4. Cinemática
Es una rama de la mecánica que describe el movimiento de los
cuerpos independientemente de las fuerzas o torques que lo
producen.
En biomecánica el término cuerpo se utiliza para describir el cuerpo en su totalidad o
cualquiera de sus partes o regiones.
En general hay dos tipos de movimiento
Traslacional
Rotacional
5. Preguntas que resuelve la cinemática
TIPO DE
MOVIMIENTO
DIRECCIÓN DEL
MOVIMIENTO
CANTIDAD DE
MOVIMIENTO
6. Movimiento traslacional vs.,
rotacional
Movimiento traslacional caracterizado por el
desplazamiento del cuerpo de manera linear
en el que todas las partes se mueven paralelas
y en la misma dirección
Movimiento Rotacional caracterizado por un
desplazamiento circular alrededor de un eje o
pivote, que da como resultado que todos los
puntos del cuerpo rotan en la misma dirección
angular
7. Movimiento activo vs., pasivo
• Netamente Voluntario
• Contracción muscular
Activo
• No es voluntario
• Fuerza externa mueve el
cuerpo
Pasivo
9. Cinética
Es una rama de la mecánica que describe las fuerzas que actúan
sobre un cuerpo
Una fuerza puede ser considerada cualquier acción de empuje o
tracción sobre un cuerpo que produce, impide o modifica el
movimiento
En el tejido humano estas fuerzas usualmente se les denomina
carga.
Tipos de carga biomecánica a los que
usualmente es sometido el tejido humano
10. Impacto de las fuerzas sobre el sistema
musculoesquelético
El tejido sano es capaz de resistir los cambios en la estructura y
forma
Los tejidos debilitados por enfermedad, trauma o inmovilización
prolongada pueden no resistir la aplicación de carga de manera
adecuada.
Ejemplo: fractura de cuello de fémur por osteoporosis
11. Respuesta a la carga de los tejidos
El LCA se deforma
en un 3-4% durante
las actividades
diarias.
El tendón sano
llega a su punto de
falla con una
deformación del 8-
13%
12. Respuesta a la carga de los tejidos
Viscoelasticidad:
propiedad asociada a
la deformación en
respuesta a la carga
en el tiempo.
Protector: cartílago
articular de la rodilla
responde a la carga
(compresión) durante
la carrera para
proteger el hueso
13. Fuerza que pueden actuar en un cuerpo
Fuerza
Interna
Activa Músculo
Pasiva
Ligamento
tendon
capsula
Externa
Gravedad
resistencia
15. Torques en el cuerpo humano
El torque se produce por la
resultante de una fuerza y
un brazo de momento a
palanca.
El torque también se conoce
como momentum
El torque es considerado el
equivalente rotatorio de la
fuerza
Un torque hace que se rote
un cuerpo alrededor de un
eje de rotación
16. Torques en el cuerpo humano
¿En cuál se hace más fuerza?
17. Torques en el cuerpo humano
Torque=5kg*1m
Torque=5kg*m
T=49N*m
Torque=Fuerza*Distancia
1m
0,5m
5kg
5kg
Torque=5kg*0,5m
Torque=2,5kg*m
T=24,5N*m
1 kilogramo metro = 9.8067 newton metro
18. Unidades del SI
Masa Fuerza Distancia Torque Tiempo Trabajo Potencia Presión
Kg Newton metros Newton.metro Segundo Joules Watt Pascal
20. Primera ley de Newton: inercia
Si un cuerpo se encuentra en reposo permanecerá en reposo y si un
cuerpo está en movimiento uniforme continuará en este movimiento
hasta que una fuerza externa actúe sobre el.
Una fuerza es requerida para iniciar el movimiento, cambiar la
dirección de este o para el movimiento.
La inercia está relacionada con la cantidad de energía necesaria para
variar la velocidad de un cuerpo y es proporcional a su masa. Ej:
mover una pesa de 5kg vs 10 kg
Equilibrio estático: velocidad es cero
Equilibrio dinámico: aceleración es cero, pero tiene velocidad
21. Segunda ley de Newton: aceleración
La aceleración de un cuerpo es proporcional a la magnitud de las fuerzas
que actúan sobre el e inversamente proporcional a su masa.
F=m*a == a=F/m
El movimiento es proporcional a la fuerza que lo causa, toma un sentido
en la misma dirección en la que actúa la fuerza y es inversamente
proporcional a la masa
Aplica para los movimientos lineales como rotacionales (Fuerza y Torque)
22. Tercera ley de Newton: acción-reacción
Para cada acción de
fuerza existe una fuerza
de reacción igual y
opuesta.
Siempre que se aplique
una fuerza sobre un
cuerpo este proveerá
una fuerza opuesta de
igual magnitud
24. Palancas
Es una máquina simple que consta de una barra rígida y un
fulcro o eje de rotación
Convierte las fuerzas lineales en rotacionales
En el sistema musculoesquelético las palancas explican los
movimientos rotacionales de todas las articulaciones
Interactúan el músculo, la fuerza de gravedad y fuerzas
externas
Las palancas se componen de tres elementos
Fulcro o eje: Articulación
Fuerza: contracción muscular
Resistencia: fuerzas externas
25. Palancas
Existen tres clases de palancas
Todas tienen los mismos componentes solo varía su organización
espacial
26. Palanca de primer género
El fulcro está entre la resistencia y la fuerza
Puede tener una ventaja de fuerza o distancia dependiendo de
las longitudes relativas de los brazos de fuerza y de resistencia
27. Palanca de segundo género
La resistencia está entre el fulcro y la fuerza
Es una palanca que tiene una ventaja mecánica de fuerza
28. Palanca de tercer género
La fuerza está entre el fulcro y la resistencia
Es una palanca que tiene una ventaja mecánica de desplazamiento
Es la más común en el sistema musculoesquelético
29. Ventaja mecánica
Es la relación entre la fuerza del brazo de fuerza y la fuerza del brazo de
resistencia
VM=
𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑟𝑎𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎
𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑟𝑎𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
VM=1 : ambas fuerzas son iguales
VM>1 : hay una ventaja mecánica en la que la fuerza necesaria para vencer la
resistencia es menor
VM<1: hay una desventaja mecánica en la que la fuerza necesaria para vencer
la resistencia es mayor
30. Paradoja en las palancas
Lo que se gana en excursión se pierde en fuerza e
inversamente lo que se gana en fuerza se pierde en
excursión
32. Poleas
Las poleas en rehabilitación son empleadas tanto en
ejercicios de fortalecimiento como en procesos de
tracción.
La acción de la polea es cambiar la dirección de la fuerza.
Las poleas también pueden aumentar o disminuir la
magnitud de una fuerza
34. Poleas
Durante un ejercicio en polea, la excursión del movimiento hace
que el ángulo varíe y por lo tanto la resistencia o torque variara en
diferentes puntos del movimiento.
La mayor resistencia se obtiene cuando la dirección de la aplicación
de la fuerza es de 90° con respecto al segmento, esto se debe a que
toda la fuerza aplicada al torque es rotatoria.
35. Polea simple fija
Polea que actúa para cambiar la línea de acción de la
fuerza
Si la persona ejecuta una fuerza hacia abajo la polea
moverá el objeto hacia arriba
No provee ninguna ventaja mecánica solo cambia la
dirección
37. Polea móvil
Cuando el peso está atado a una polea móvil, la mitad del
peso está soportado por la cuerda atada al gancho y la
otra mitad por la cuerda que va al otro lado de la polea.
Tiene una ventaja mecánica de dos
Se pierde distancia por lo que se debe realizar un mayor
desplazamiento para mover el peso una distancia
determinada.
41. Poleas anatómicas
Existen múltiples poleas simples en el sistema
musculoesquelético
Actúan cambiando el curso de un tendón o mejorando la
ventaja mecánica de un músculo
El maléolo externo cambia la línea de fuerza del peroneo largo
Los tendones flexores de los dedos tienen un sistema de poleas
complejo
La patela es un ejemplo de polea que aumenta el torque del
cuádriceps aumentando el brazo de palanca y modificando la
línea de acción del tendón.
Calcáneo modifica la inserción del gastrocnemio
El cuello del fémur brinda a los abductores una ventaja mecánica
43. Factor de apalancamiento
Mecánicamente entre mayor sea la distancia
perpendicular entre la línea de acción del músculo y el
eje articular mayor va a ser el componente rotacional
producido por el músculo
Durante el arco de movimiento el músculo produce
diferentes torques debido a que su brazo de fuerza
cambia durante el recorrido.
El mayor torque en el bíceps braquial se produce a los 90° de
flexión de codo
46. Representación de la fuerza, los
vectores
Un vector se representa con una flecha que tiene:
Magnitud
Sentido
Dirección
Punto de aplicación
47. Diagrama de cuerpo libre
Es una representación gráfica de un cuerpo o un segmento
de este y las fuerzas que sobre el actúan
48. Diagrama de cuerpo libre
Pasos para construir un diagrama de cuerpo libre
Identificar y aislar el cuerpo a estudiar
Establecer un marco de referencia de coordenadas
dibujar las fuerzas internas y externas
Dibujar la fuerza de reacción articular
Escribir la ecuación
49. Composición y resolución de vectores
Composición
1. Método cabeza-cola
V1
V2
VR
2. Método de paralelogramo
Resolución
Es básicamente descomponer el vector en sus
componentes de fuerzas X, Y
V1x
V1y
50. Resolución de fuerza
Fuerzas perpendiculares al brazo de palanca y paralelas
Fuerzas angulares
62. Resolución de fuerzas
Resolver en los componentes X Y
Sy= sin25°*17N=-7,18N
Sx=cos25°*17N = 15,41N
Cy=sin 70°*66,75N = 62,72N
Cx=cos70°*66,75N=-22,83N
Resolver el torque interno y la fuerza
My*IMA=Cy*EMAcy+SyEMAsy
My=(-7,18N*0,18n)+(62,72N*0,33m)/
-0,02m
My=970,5N
M = My/sin20° = 970,5N/0,34 =
2854,41N
Mx= M*cos20° = -2683,15N
65. Centro de masa o centro de gravedad
La gravedad es una fuerza que afecta a todos los cuerpos
por lo tanto es necesario entender y apreciar como
impacto en el cuerpo humano.
El Centro de gravedad de un objeto es el punto teórico
alrededor del cual la masa del objeto está balanceada.
El Centro de masa es el punto que está en el centro de
toda la masa del cuerpo.
La proyección vertical del centro de masa es el centro de
gravedad
66. Centro de masa o centro de gravedad
El centro de gravedad del
cuerpo se ubica anterior a
S2
Aproximadamente a un 55%
de la altura de la persona
Usualmente más alto en
hombres que en mujeres por
ancho de hombros
Cambio en la posición de los
segmentos cambia el centro
de gravedad
Manos sobre cabeza COG
más alto implica sentadilla
más dificil
67. Centro de masa o centro de gravedad
El centro de masa del MMSS
se ubica por encima del
codo
El centro de masa del brazo,
antebrazo, muslo y pierna se
ubica proximal cercano a un
45% de su longitud medido
desde el tercio proximal.
El COM de la Cabeza, Tronco
y brazos (HAT) se ubica en la
11va vértebra torácica y
corresponde a cerca del 60%
del peso corporal
68. Centro de masa o centro de gravedad
Conocer la ubicación del COM y como se puede modificar
con las posturas corporales tiene un impacto en los
ejercicios
69. Base de soporte
La base de soporte es el área dentro de los puntos de
contactos de un cuerpo y cualquier objeto que el
individuo tenga para soporte (Ej: muletas)
Si está parado con los pies separados al ancho de los
hombros la base de soporte o sustentación que se forma
es el área bajo tus pies y entre tus pies
Si está usando muletas el área se extiende a la zona que
está en contacto entre las muletas y sus pies
Entre más amplia sea la base de soporte más estable es un
cuerpo
70. Base de soporte
¿Por qué es más difícil estar de pie apoyado sobre un solo
pie que sobre ambos?
72. Equilibrio estable, inestable y neutral
El equilibrio estable es cuando el centro de gravedad de
un objeto tiene a buscar la posición anterior como una
mecedora. El equilibrio inestable es cuando el centro de
gravedad no retorna a la posición previa sino que busca
una nueva. El equilibrio neutral sucede cuando se
desplaza el centro de gravedad, pero permanece al
mismo nivel (no cae y tampoco retorna a la posición
anterior)
73. Factores que influyen en el balance
Altura del COM
Tamaño de la base de soporte
Localización de la línea de
gravedad dentro de la base de
soporte
Peso del cuerpo
Favorece el balance
COM bajo
Base de soporte amplio
Línea de gravedad centrada
Cuerpo pesado
75. Conclusiones
1. La mecánica es aplicada en el estudio del movimiento humano desde la
cinemática y la cinética para explicar la dirección, cantidad de movimiento y
las fuerzas que actúan sobre el.
2. Las leyes de Newton tienen su aplicación en el movimiento corporal humano.
3. Las palancas son fundamentales para entender el movimiento y para los
procesos de rehabilitación
4. Las poleas permiten modificar las fuerzas y son importantes en los procesos
de rehabilitación
5. El centro de masa es fundamental para entender la postura y el balance,
tiene implicaciones clínicas.
76. Taller
1. De un ejemplo desde el movimiento humano en el que se evidencie cada una
de las leyes de Newton.
2. Seleccione tres ejercicios y analice que tipo de palanca se ve involucrada.
3. Realice tres posturas y mencione como se modifica el COM en relación a la BS
4. Resuelva el siguiente sistema
Calcule la fuerza que hace
La pierna y la
Fuerza de reacción
articular
30kg
12kg
0,45m
0,10m
0,05m
𝛼 = 45°
𝛼 = 45°
𝜃 = 60°
77. Bibliografía
Houglum, P & Bertoti, D (2012). Basic concepts in kinesiology: kinematics. In: Brunnstrom’s Clinical
kinesiology, 6 ed. Fadavis.
Houglum, P & Bertoti, D (2012b). Mechanical principles: kinetics. In: Brunnstrom’s Clinical
kinesiology, 6 ed. Fadavis.
Newmann, D (2017) Biomechanical principles. In: Kinesiology of the muskuloskeletal system
foundations for rehabilitation, 3ed. Elsevier
Newmann, D (2017b) Essential topics of kinesiology: getting started. In: Kinesiology of the
muskuloskeletal system foundations for rehabilitation, 3ed. Elsevier
Shumway-Cook, A, Woolacott, M, Rachwani, J, Santamaria, V (2023) postural control in: motor
control translating research into clinical practica, Wolter Kluwer.
Notas del editor
Caracteriza el movimiento de un cuerpo en la posición y el movimiento de los segmentos del cuerpo incluyendo la posición de las articulaciones en relación con las adyacentes y con el mundo externo.
El movimiento del cuerpo humano es usualmente descrito como la traslación del centro de masa que está localizado justo anterior al sacro S2.
Eje es llamado eje de rotación articular
Beneficios de tener un COM alto y una base de soporte angosta es que se puede iniciar la marcha sin tanta energía, la marcha es un secuencia de eventos en los que el COM sale de la base de soporte y vuelve a ser posicionado.
