Algunos temas de biofísica como: Biomecánica de sólidos, Vectores y fuerzas fundamentales, Biomecánica fuerza en los seres vivos fuerza muscular, leyes de newton, momento de una fuerza, materiales biológicos huesos, centro de gravedad, bioelasticidad, modulos de elasticidad, bioelasticidad de huesos, musculos y vasos sanguineos

1. Biomecánica de sólidos:
Mecánica es el estudio de las condiciones que hacen que
los objetos permanezcan en equilibrio “estática” y las leyes
que rigen su movimiento “dinámica”. La cinemática
describe el movimiento sin atender a las causas que lo
originan.
Intenta establecer cuáles son las cansan del movimiento,
es decir, cuales son las relaciones entre el movimiento que
se produce en un cuerpo y las fuerzas que lo producen.
Tipos de fuerza: internas, es aquellas que ejercen unos
partes del cuerpo sobre otras ósea la fuerza de tracción
muscular, resistencia de órganos y tejidos o el sistema loco
motor. Externas, son aquellas que ejercen los elementos
que no forman parte del sistema locomotor son: fuerzas de
gravedad, fuerza normal, fuerza de rozamiento y
resistencia.
Vectores y fuerzas fundamentales:
Vector: segmento orientado caracterizado por módulo,
dirección y sentido,
Magnitudes vectoriales
Son todas aquellas magnitudes físicas fundamentales o
derivadas que para quedar completamente definidas
necesitan de una dirección y sentido como por ejemplo ,
unidades de : desplazamiento ; velocidad ; aceleración ;
fuerza ; momento , etc. Las magnitudes vectoriales se
representan gráficamente por vectores (flechas) y se
simbolizan mediante letras.
Fuerzas fundamentales
Fuerza gravitatoria (masa, atractiva): ley de la gravitación
universal de newton, responsable de las mareas (luna y

2. sol) y del peso de los cuerpos. Ose la fuerza con que la
tierra atrae a un cuerpo de masa (M) en su superficie.
Fuerza electromagnética (cargas, atractivarepulsiva, largo
alcance.) responsable de los enlaces químicos, impulsos
nerviosos, tormentas.
Fuerza fuerte:(hadrones: protones, neutrones, corto
alcance) responsable de la estabilidad de los núcleos
atómicos.
Fuerza débil (todas, corto alcance, más débil que la
electromagnética), responsable de las desintegraciones
radiactivas.
Biomecánica fuerza en los seres vivos, fuerza
muscular:
La fuerza es una influencia que al actuar sobre un objeto
hace que este cambie su estado de movimiento.
La postura y el movimiento de los seres vivos están
controlados por fuerzas producida por los músculos. Un
músculo consta de gran número de fibras cuyas células son
capaces de contraerse al ser estimuladas por impulsos que
llegan a ellas procedentes de los nervios. Un musculo está
generalmente unido es sus extremos a dos huesos
diferentes por medio de tendones. Los dos huesos están
unidos por conexiones flexibles llamadas articulación. La
contracción del musculo produce dos pares de fuerzas que
actúan sobre los dos huesos y los musculos en el punto
donde están los tendones. Estas fuerzas son de acción –
reacción entre el hueso y el musculo.
La fuerza que puede ejercer un musculo depende del área
de su sección transversal.

3. Leyes de newton:
(primera ley de newton) Ley de inercia Newton con esta ley
establece que si un cuerpo está en reposo o en movimiento
rectilíneo cambiará su estado inicial únicamente si se le
aplica alguna fuerza sobre él. Con esto quiere decir que un
cuerpo por sí solo no puede cambiar de dirección o
moverse. Así mismo si un cuerpo está en reposo es porque
su velocidad es cero por lo que sólo cambiará si se le
aplica alguna fuerza.
(segunda ley de newton) Ley fundamental de la dinámica
Esta ley se refiere a que la cantidad de movimiento de un
cuerpo o su aceleración es proporcional a la fuerza que se
le aplicó. Quiere decir entonces que el causante principal
del movimiento de un cuerpo es la fuerza aplicada sobre
este.
Ley de acción y reacción La tercera ley se basa en que
cuando un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, el
segundo siempre responderá con la misma fuerza, pero en
sentido contrario. Incluso dice que las fuerzas siempre se
presentan en pares de igual magnitud y con la misma
dirección, pero en sentidos opuestos.
Momento de una fuerza:
Es una condición necesaria para el equilibrio, al igual que la
primera ley de newton.
La condición: para que un objeto esté en equilibrio
rotacional, la suma de los momentos producidos por todas
las fuerzas que actúan sobre el objeto ha de ser nula.
Al implicar la condición del momento, todos los momentos
deben calcularse alrededor del mismo punto. Sin embargo,
el objeto está en equilibrio no importa donde esta localizado
este punto.

4. También conocido como torque, momento dinámico o solo
momento es una magnitud vectorial que mide la capacidad
que posee una fuerza para alterar la velocidad de giro de
un cuerpo.
El momento es una medida cuantitativa de la tendencia de
una fuerza a producir rotar alrededor de un punto.
Palanca y articulaciones:
Un mecanismo de palanca permite comprobar la acción de
los huesos, que como palancas, multiplican la fuerza de los
músculos. Entre las principales funciones del esqueleto
están el favorecer la locomoción y permitir el desarrollo de
movimientos rápidos. Los músculos pueden contraerse
bruscamente pero sólo son capaces de reducir su longitud
en una pequeña fracción. Gracias a que están unidos a los
huesos pueden multiplicar la eficiencia de su movimiento.
Así, cuando se unen al extremo de un hueso largo, pueden
provocar un desplazamiento mucho mayor en el otro
extremo.
Por este motivo se dice que en su conjunto, los huesos, las
articulaciones y los
músculos constituyen
palancas. Las principales
palancas del cuerpo
humano se hallan en las
extremidades, y están
destinadas a permitir
grandes, amplios y
poderosos movimientos.
Las de las piernas son más fuertes que las de los brazos,
aunque tiene menos variedad de posiciones al moverse.
En el cuerpo humano, tenemos los tres tipos de palancas y
se ven reflejadas en los siguientes ejemplo
Articulación:

5. Es el punto en contacto entre dos huesos, hay 3 tipos:
Fibrosas: conexiones fuertes formadas por el tejido
conectivo muy denso. No permite movimiento.
Cartilaginosas: conexión de cartílago que permite un poco
de movimiento.
Sinoviales: conexiones complejas que permiten mucho
movimiento.
Material biológico huesos:
Los organismos vivos producen una gran variedad de
materiales sólidos y semisólidos, tales como huesos,
dientes, cuernos, conchas, uñas y cartílagos. La parte
compacta de un hueso, por ejemplos, está constituida por
células vivas embutidas en una estructura sólida
compuesta en gran parte por una mezcla de fibras de
colágeno y cristales de hidroxiapatita. El colágeno es una
proteína que se encuentra en todos los tejidos conjuntivos,
y el hidroxiapatita es una sal inorgánica compuesta por
calcio y fosfato, PO4. Los cristales de hidroxiapatita, que
tienen solo 3x 10−8
m de longitud, enlazan las fibras de
colágeno.
Las propiedades mecánicas de huesos y de otros
materiales biológicos se ensayan con los mismos métodos
empleados para los materiales de ingeniería (Yamanda -
1970- ). La principal dificultad es obtener muestras frescas
y preservarlas bastante tiempo para su estudio.

6. 10.12 La figura muestra la cuerva esfuerzo-deformación
para un hueso compacto. Las medidas fueron hechas
empleando una pequeña muestra de hueso compactos
tomada de un fémur recientemente disecado.
El rasgo más notable de esta curva es la diferencia de
pendiente para los esfuerzos de tracción y compresión.
Esto es característico de un sólido heterogéneo, porque los
diferentes constituyentes del sólido poseen propiedades
mecánicas distintas. Por ejemplo; en el caso del hueso, la
resistencia a la compresión es debida a la hidroxiapatita.
En consecuencia, el módulo Young del hueso y otras
sustancias heterogéneas es distinto para el esfuerzo de
tracción que para el de compresión.
Esto significa que un esfuerzo de comprensión produce una
deformación doble que uno de tracción de igual modulo.
Las propiedades mecánicas de los huesos de diferentes
animales son notablemente similares, teniendo en cuenta lo
diferentes que son los animales en otros aspectos.

7. Comparando las tablas 10.5 y 10.2 se observa que la
resistencia a la reacción del hueso es un cuarto de la del
acero y del granito. Teniendo en cuenta que el hueso es
mucho más ligero que el acero y el granito, se puede
equiparar a ellos, y de modo muy favorable, como material
estructural.
Observación: El hueso está construido según el mismo
principio que el hormigón armado. El hormigón solo posee
gran resistencia a la comprensión, pero carece de
resistencia a la tracción. Para darle resistencia a la tracción
además a la comprensión se inserta en el hormigón barras
de acero. Del mismo modo, la resistencia a la comprensión
del hidroxiapatita se ve reforzado por la resistencia a la
tracción que le proporciona el colágeno.
Este campo es todavía aún muy incompleto. Se necesita
mucha investigación para llegar a conocer las propiedades
de los materiales biológicos en función de estructura y para
establecer una relación entre sus propiedades y su función.
Centro de gravedad:

8. El centro de masa, por definición, es aquel punto que se
encuentra exactamente en el centro de la masa de un
objeto, este es llamado frecuentemente centro de
gravedad. El centro de masa del cuerpo humano con las
extremidades extendidas, como en la posición ordinaria de
pie se encuentra dentro de la pelvis. Este punto puede
variar su posición de una persona a otra dependiendo de la
constitución, la edad y el sexo, también varía en una
persona dad cuando la
posición de los
segmentos cambia,
como al caminar, al
correr o sentarse. Este
punto representa en
centro de la masa total,
se desplaza al agregar
o sustraer peso de
algunas partes del
cuerpo.
En situación anatómica
base, el centro de
gravedad se encuentra
entre L1 y L5, un poco
por delante de ellas.
El centro de gravedad
modifica su posición al cargar cualquier peso ya que
deberá considerarse el centro de la gravedad del conjunto
persona + la carga. Esto obliga a la persona a ajustar su
postura para mantener un mismo equilibrio que sin carga.
La posición del centro de gravedad afecta al movimiento.
En el campo de aplicación de la biomecánica se amplía a la
tecnología e incide en terrenos tan dispares como la
medicina, el diseño industrial, la fabricación de muebles;
optando desde la correcta postura para sentarse, hasta la
rehabilitación de personas con problemas en el
desplazamiento.
Bioelasticidad: Esfuerzo y deformación:

9. Propiedad de cambiar de forma cuando actúa una
fuerza
De deformación sobre un objeto, y el objeto regresa a
su
forma original cuando cesa la deformación.
Limite elástico. Si se estira o se comprime más allá de
cierta cantidad, ya no regresa a su estado
original, y permanece deformado
Cuando se tira o se estira algo se dice que está en
tensión
(largas y delgadas).
Cuando se aprieta o se comprime algo se dice que
está en
compresión (cortas y gruesas)
A. Esfuerzo. Es una magnitud tensorial, Es la fuerza
externa que actúa sobre un cuerpo por unidad de área
de sección
transversal, es decir, se aplica al material
por fuerzas externas
Expresado en Pascales (Pa o
N
m2 ) con la formula :
σ =
F̅
A
donde σ = esfuerzo , F= fuerza, A= área.
Clasificación:
1. Tensor: Si la tensión es mayor que cero, esta se
presenta hacia fuera de los cuerpos; pero, si su
tensión es menor a cero, esta se presentará hacia
dentro del cuerpo.

10. 2. Compresor: En esta
se presenta tanto
las fuerzas de
tracción como de
compresión.
B. Deformación. Es la razón entre el cambio en longitud y
la longitud original, es decir, es la respuesta del material
al esfuerzo.
Es el cambio del tamaño y la forma de un cuerpo debido
a la aplicación de una o más fuerzas sobre el mismo.
Cambio de longitud
Deformación = -----------------------------
Longitud original
TIPOS:
1. Deformación (visco) plástica o irreversible.
Deformación en que el material no regresa a su forma
original después de retirar la carga aplicada.
2. Deformación elástica o reversible. Deformación en la
que el cuerpo recupera su forma original al retirar la
fuerza que le provoca dicha deformación.
Módulos elásticos. Energía potencial elástica.
Deformación por flexión, tensión, compresión y
torsión:
A. Módulos:
1. Módulo de Young:
Para materiales cuya longitud es mucho mayor que
el ancho o espesor, se tiene preocupación por el
módulo longitudinal de elasticidad, o módulo de
Young (Y).

11. Cuando producimos un estiramiento de la barra,
mediante la aplicación de una fuerza,
experimentalmente se observa que la deformación
es proporcional al esfuerzo.
Esfuerzo = Y(Deformación)
F
A
= Y ⋅
ΔL
L0
Donde, Y es el módulo elástico, llamado módulo de
Young. Se utiliza tanto para tracción como para
compresión.
En la mayoría de los materiales el módulo de Young
para tracción, tiene el mismo valor que en
compresión.
Para materiales biológicos, el módulo de Young
para tracción de un hueso, es diferente al valor para
compresión.
Tener en cuenta que la fuerza aplicada es
perpendicular a la sección transversal.

12. 2. Módulo de cizalladura:
Cuando producimos un
desplazamiento de planos
paralelos en la dirección de la
fuerza aplicada,
experimentalmente se observa que la deformación
es proporcional al esfuerzo.
Esfuerzo= G (deformación)
F
A
= G ⋅
Δx
h
Donde, G es el módulo elástico, llamado módulo de
Cizalladura.
Tener en cuenta que la fuerza aplicada es paralela al área
en cuestión.
La fuerza se aplica perpendicular a la superficie del hueso.
El máximo estrés se produce en un plano paralelo a la línea
de carga.
La estructura se deformará internamente de forma irregular.
El hueso cortical soporta mejor la compresión que la
tracción y la tracción mejor que el cizallamiento.
Por ejemplo: Fractura intercondílea de fémur.

13. 3. Módulo de Torsión:
La torsión es un fenómeno típico de
cizalladura. Se produce una
deformación cuando se aplica un
par de fuerzas (F, en la parte
superior de la barra y la sección
inferior de la barra está fija.
4. Módulo Volumétrico:
Si un cuerpo se somete a
iguales esfuerzos de tracción
o compresión por todos los
lados, entonces el cuerpo
sufrirá deformación
volumétrica.
Δp = B ⋅
Δv
v0
Donde, B es el módulo volumétrico
B. Energía potencial elástica:
La energía potencial elástica es energía almacenada que
resulta de aplicar una fuerza para deformar un objeto
elástico. La energía queda almacenada hasta que se quita
la fuerza y el objeto elástico regresa a su forma original,
haciendo un trabajo en el proceso. La deformación puede
implicar comprimir, estirar o retorcer el objeto. Muchos
objetos están diseñados específicamente para almacenar
energía potencial elástica, por ejemplo:

14.  El muelle de un reloj de
cuerda.
 Un arquero que estira su
arco.
 Un trampolín doblado justo
antes de que el clavadista
brinque.
 La liga de hule de una resortera.
 Una pelota de goma, comprimida en el momento en el
que choca con una pared de ladrillos.
Un objeto diseñado para almacenar energía potencial
elástica usualmente tendrá un límite elástico alto. Sin
embargo, todos los objetos elásticos tienen un límite para la
carga que pueden soportar. Cuando la deformación va más
allá del límite elástico, el objeto ya no vuelve a su forma
original.
Fórmula para la energía potencial elástica
Fe = K ∆x
K: constante del resorte
C. Deformación por flexión, tensión, compresión y
torsión:
1. Flexión. Las fuerzas aplicadas sobre el hueso
hacen que éste se doble sobre su eje mayor y
aparecen fuerzas de compresión en el lado de
la aplicación de la fuerza y de tracción en el lado
opuesto. Por ejemplo: Fractura en el antebrazo al
caer y poner la mano en el suelo.
2. Tensión. Dos fuerzas iguales se aplican en
sentido contrario sobre el hueso. El máximo
estrés se produce en un plano perpendicular a la
línea de carga. Como consecuencia el hueso

15. tiende a alargarse y hacerse más estrecho. Por
ejemplo: Arrancamiento de la apófisis estiloides
del 5° metatarsiano, por tracción del tendón del
peroneo lateral corto, o calcáneo cerca de la
inserción del tendón de aquiles (h. esponjoso)
3. Compresión. Dos fuerzas iguales y opuestas se
aplican sobre el hueso. El máximo estrés se
produce en un plano perpendicular a la línea
de carga. Como consecuencia el hueso tiende
a acortarse y ensancharse. Por ejemplo –
Aplastamiento de cuerpos vertebrales
4. Torsión. La fuerza aplicada tiende a hacer rotar
alrededor de su eje. Aparecen fuerzas de
cizallamiento que se distribuyen a lo largo de
toda estructura. Por ejemplo: Fractura
espiroidea de tibia, que se produce cuando se
esquía al caer rotando sobre un pie fijo anclado en
esquí.
Bioelasticidad de huesos, músculos y vasos
sanguíneos:
A. Huesos: Formada por tejido biológico heterogéneo,
compuesta por hidroxiapatita (ayuda a la respuesta
elástica lineal) y colágeno (fibra proteica de alta
elasticidad)
El hueso humano tiene las siguientes características
físicas:
 El módulo de Young es de 16 GN/m2 y una
resistencia de 200 MN/m2 en tracción.
 El módulo de Young es de 9 GN/m2 y una
resistencia de 270 MN/m2 en compresión.

16. B. Músculos:
• Desde el punto de vista mecánico, la actividad del
músculo se puede poner de manifiesto por un
acortamiento, por el desarrollo de fuerza de tracción o
por ambas cosas. Este proceso recibe el nombre de
contracción muscular, y el pasaje del estado de
actividad al de reposo se llama relajación.
• En un músculo aislado con su nervio (preparado
neuromuscular), si aplicamos por medio de los
electrodos S un estímulo eléctrico al nervio, el
músculo se contrae bruscamente y enseguida se
relaja, este proceso se llama sacudida simple.
• Si los extremos del músculo se hallan fijos, este, no
se acorta, pero su actividad se pone igualmente de
manifiesto por un aumento de tensión que puede
registrarse mediante un transductor de fuerza.
C. Vasos Sanguíneos: Su diámetro es variable, depende
su elasticidad tanto de la presión dentro del vaso
como en la tensión de la pared. Mantiene una presión
sistólica (120 mmHg) y Presión diastólica (80 mmHg).
La elasticidad de una arteria o vena puede ser medida
inyectando, estando ambos extremos cerrados, un
líquido a presión.
Principio de conservación del momento lineal.
Fractura:
El principio de conservación del momento lineal
establece que, si la resultante de las fuerzas que actúan
sobre un cuerpo o sistema es nula, su momento lineal
permanece constante en el tiempo.
∑F⃗ = 0 ⇔ p⃗ = cttⅇ
A. Fracturas:
• Pérdida de continuidad en la estructura normal
de un hueso, sumado al trauma y la alteración
del tejido blando.

17. • Se produce por la aplicación de una fuerza sobre
el hueso, que supera su resistencia elástica.
• Las rupturas de los huesos pueden ser producto
de caídas, traumatismos, golpes o patadas al
cuerpo.
•ETIOLOGÍA
• Por traumatismo directo, en las cuales el foco de
fractura ha sido producido por un golpe
directo cuya energía se transmite directamente por la
piel y las partes blandas.
Se supera la resistencia ósea.
• Por traumatismo indirecto, en las cuales el punto de
aplicación de la fuerza está alejado
del foco de fractura. En este caso las fuerzas
aplicadas tienden a torcer o angular el hueso.
Por ejemplo, la caída de un esquiador, con rotación de
la pierna, produce una fractura a
nivel medio de la tibia y el peroné, estando las fuerzas
aplicada a nivel del pie fijo y de todo
el cuerpo en rotación y caída.
• Por fatiga, también denominadas espontáneas, son
aquellas en que la fuerza es aplicada
en forma prolongada e intermitente en el tiempo. Por
ejemplo, la fractura de marcha que se
produce en algunos atletas o reclutas del ejército, que
se produce en el pie (a nivel del
segundo metatarsiano).

18. Fracturas:
o FRACTURA ESPIRAL
Posee la apariencia de un resorte y en la
cual la
rotura toma justamente el aspecto de una
espiral
alrededor de la diáfisis del hueso.
Fractura en la que la línea de rotura sigue
una
dirección espiral en relación al eje del
hueso y este se ha torcido más o menos.
o FRACTURA CONMINUTA
El hueso se rompe en muchos
pequeños fragmentos (tres o más
fragmentos en el lugar de la fractura).
o FRACTURA DEL TALLO VERDE
Es una fractura incompleta que recibe ese
nombre debido a que presenta el aspecto de
una vara doblada, pero no rota: En este tipo
de
fractura algunas fibras se separan, pero
otras
permanecen intactas.

19. o FRACTURA PATOLÓGICA
Se producen en un traumatismo sobre un
hueso ya debilitado o destruido por una
enfermedad, como la osteoporosis o un
tumor.
o FRACTURA SIMPLE O CERRADA
Los fragmentos óseos no desgarran el tejido
circundante ni la piel, que, por lo tanto, se
mantiene indemne.
Habitualmente producida por un traumatismo
directo, con la fuerza aplicada en forma
perpendicular al eje mayor del hueso.
o FRACTURA ABIERTA

20. El hueso fracturado desgarra y atraviesa la
piel,
por lo que queda expuesto al exterior.
Producidas por traumatismo indirecto, con
una
fuerza de angulación sobre el hueso.
o FRACTURA POR
COMPRESIÓN
Si la fuerza es aplicada
paralelamente al eje de
resistencia habitual del hueso,
como lo que
ocurre en las caídas de altura de
pie sobre las
vértebras, resultando en una
compresión del
hueso, acortándolo, se
denominan fractura por
aplastamiento.
o FRACTURA TRANSVERSA
Habitualmente producidas por un
traumatismo directo, con la fuerza aplicada
en forma perpendicular al eje mayor del
hueso.