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                                          Cuerpo
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           Conceptos básicos de Mecánica                                     Movimiento
• Cuerpo: cualquier...
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           Análisis básico de movimiento             Sistemas de análisis
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                              Fuerza                                              Propiedades de una fuerza...
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       Palanca de 1º clase “interapoyo”                                   Ejemplos de palanca de 1ª clase
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      Palanca de 3ª clase: “Interpotencia”             Ejemplo de palancas de 3ª clase
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                            Torque              Relación Fuerza – Brazo de palanca
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          Para equilibrar un torque opuesto
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  1. 1. 27/08/2009 Mecánica Newtoniana • Es la formulación más conocida y lla más sencilla id á ill Principios Físicos de Mecánica de la mecánica clásica, Palanca y Torque basada en las Leyes de Newton y que requiere del uso de sistemas de referencia básicos Francisco J. Herrera Neira Kinesiólogo U. de Chile Magíster © en Kinesiología Presupuestos básicos Mecánica Newtoniana 1. El principio de mínima acción • Aunque la mecánica clásica y en particular la Mecánica • L " t l La "naturaleza es económica en t d sus acciones". ó i todas i " Newtoniana es adecuada para d N t i d d describir experiencia di i ibi i i diaria 2. La existencia de un tiempo absoluto, cuya medida es (con eventos que suceden a velocidades muchísimo menores que la velocidad de la luz y a escala macroscópica), igual para cualquier observador con independencia de debido a la aceptación de tres supuestos tan restrictivos su grado de movimiento. como 1, 2 y 3; no puede describir adecuadamente 3. El estado de una partícula queda completamente p q p fenómenos electromagnéticos con partículas en rápido determinado si se conoce su cantidad de movimiento y movimiento, ni los fenómenos físicos microscópicos que posición, posición condiciones que pueden ser medidas suceden a escala atómica Mecánica cuántica. atómica. simultáneamente. 1
  2. 2. 27/08/2009 Cuerpo Fenómenos físicos Escalares Leyes de Newton Sistemas de referencia Mecánica Se describe por Magnitudes Vectoriales Posición • 1ª Ley de Inercia Trayectoria Cinemática Dinámica Velocidad Aceleración Masa Interacción Cantidad de Movimiento • 2ª Ley de masa Ley de Inercia Ecuación fundamental Fuerza Ley de Acción y reacción efectos Trabajo Calor • 3ª Ley de acción y reacción Modificar la Situar en otra Deformar un Se degrada velocidad posición cuerpo W Rozamiento E Cinética E Potencial E P Elástica Mecánica Newtoniana Estática y Dinámica • Su simplicidad se combina con la adecuación descriptiva • Estática – Estudio de las condiciones necesarias para para sistemas cotidianos i t tidi que un sistema esté en equilibrio – cohetes, movimiento de planetas, moléculas orgánicas, trompos, trenes y trayectorias de móviles macroscópicos en general. • Para su descripción, como alternativa, se recurre a un sistema de modelos explicativos de movimiento • Dinámica – Estudio de los factores físicos que – Este concepto será desarrollado más adelante en la 2ª mitad de la clase adelante, clase. intervienen en el movimiento de un cuerpo 2
  3. 3. 27/08/2009 Conceptos básicos de Mecánica Movimiento • Cuerpo: cualquier objeto que • Lineal posee masa y dimensiones – D Describe una t ib trayectoria rectilínea t i tilí establecidas • Circular • Movimiento: corresponde al – Describe una trayectoria en torno a un eje cambio de posición de un cuerpo en el espacio • Angular – Describe una trayectoria que incluye los 2 anteriores. Modelos de movimiento • Sin aceleración – MRU – MCU • Con aceleración – MUA – MCA 3
  4. 4. 27/08/2009 Análisis básico de movimiento Sistemas de análisis • Análisis subjetivo • Análisis instrumental básico – Image J – Windows Movie Maker • Análisis instrumental avanzado Para que exista movimiento … • Un objeto (masa) Fuerza y su interacción con la materia y los • Un medio componentes mecánicos del Sistema de Movimiento Humano • Un sistema de referencia • Una fuerza 4
  5. 5. 27/08/2009 Fuerza Propiedades de una fuerza • Perturbación o carga mecánica que tiende a producir un • Punto de aplicación cambio en ell movimiento o en lla f bi i i t forma d un objeto de bj t • Línea de acción • Dirección • Magnitud – (cantidad de fuerza aplicada) Fuerza Descomposición de fuerzas • Interna – A ti Activas – Pasivas • Exerna – Peso – Inercia I i – Resistencia del medio – Fricción – Choques Se representan mediante Vectores 5
  6. 6. 27/08/2009 Centro de gravedad Centro de masas • Un cuerpo es una distribución continua de masa, en cada partícula de • Llamamos centro de masa (CM) al punto ponderado donde se masa actúa la fuerza de gravedad gravedad. supone que se concentra toda la masa de un cuerpo. • La posición donde la Fuerza de gravedad actúa de manera neta, se conoce como centro de gravedad (CG) • El centro de masas se encontrará siempre donde se localice mayor • Es el punto ubicado en la posición promedio donde se concentra el cantidad de masa. peso total del cuerpo. m1 x1 + m 2 x 2 ... + m n x n ∑ m i xi m1 m2 X CM = = CG m1 + m 2 ... + m n M F1 F2 Palancas • Se pueden considerar como los elementos mecánicos más simples 6
  7. 7. 27/08/2009 Máquinas simples Sistema de palancas Funciones básicas: Consiste en: 1. Proveer ventaja mecánica • Una barra rígida (palanca) 2. Trasladar o acelerar una • Un eje de rotación, fulcro o carga punto de apoyo (A) 3. Cambiar la dirección efectiva • Una fuerza aplicada (Potencia) de una fuerza • Una resistencia a vencer (R) 4. Equilibrar fuerzas • Corresponden a los sistemas mecánicos más simples que existen Palancas Palancas • Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se • En Física, el momento es el producto de la fuerza aplicada aplica a un objeto, o para iincrementar lla di t i li bj t t distancia por lla di t i entre ell punto d aplicación y ell punto d distancia t t de li ió t de recorrida por un objeto en respuesta a la aplicación de una rotación del cuerpo En una palanca, la distancia entre el cuerpo. fuerza. fulcro y el punto de aplicación de una fuerza se denomina – Una palanca está en equilibrio cuando el momento de fuerza total hacia la izquierda es brazo de palanca palanca. igual al momento de fuerza total hacia la derecha. – Entonces, el principio de la palanca afirma que una fuerza pequeña puede estar en equilibrio con una fuerza grande si la proporción inversa entre los brazos de palanca de ambas fuerzas es la adecuada. 7
  8. 8. 27/08/2009 Palancas Palancas En la forma más común de uso de la palanca se considera 1er Grado: Vértebras. únicamente a dos fuerzas: una Carga o Resistencia, que El eje se encuentra suele ser el peso de un objeto que se desea mover; y una entre la resistencia y el Potencia, que es la fuerza que se ejerce para causar el esfuerzo. movimiento. 2º Grado: Tobillo: La Fp * Bp = Fr * Br resistencia se Fp y Fr son las fuerzas de potencia y resistencia, respectivamente; y Bp y Br encuentra entre el eje sus respectivos brazos de palanca (distancia al punto de giro o apoyo) y el esfuerzo • En la palanca de 3er grado la fuerza de potencia se encuentra entre el fulcro y la fuerza de resistencia resistencia. Ejemplos en el cuerpo humano • Es notable porque la fuerza aplicada debe ser mayor que la fuerza que se requeriría para mover el objeto sin la palanca. • Este tipo de palancas se utiliza cuando lo que se requiere es amplificar la distancia que el objeto recorre. – En el cuerpo humano, está representada por las extremidades El esfuerzo se encuentra entre el eje y la resistencia. 8
  9. 9. 27/08/2009 Palanca de 1º clase “interapoyo” Ejemplos de palanca de 1ª clase • El punto de apoyo (fulcro) se I encuentra entre la Potencia N (Fuerza) y la Resistencia. T E R A P O Y O I Palanca 2º Clase “Inter resistencia” N T Ejemplos de palanca de 2ª clase E • La Potencia (Fuerza) y la R Resistencia se encuentran a R un lado del punto de Apoyo E (fulcro). S I • La Resistencia a vencer se S encuentra entre el punto de T Apoyo y la Potencia. E N C I A 9
  10. 10. 27/08/2009 Palanca de 3ª clase: “Interpotencia” Ejemplo de palancas de 3ª clase I • La Potencia (Fuerza) se N encuentra entre la Resistencia T a vencer y el punto de Apoyo E (fulcro). R P • Este tipo de palanca es la que O se encuentra en mayor T proporción en el cuerpo E humano. N C I A Torque Torque • Torque se podría definir como la tendencia de una fuerza a producir la rotación de un objeto alrededor de un eje específico. específico • Es la expresión rotacional de una fuerza • También se denomina Momento de fuerza • Se puede evaluar clínicamente a través de instrumentos 10
  11. 11. 27/08/2009 Torque Relación Fuerza – Brazo de palanca Matemáticamente: • Brazo de palanca: Es la distancia más corta (perpendicular, 90°) entre lla lí ( di l t línea d acción d lla f de ió de fuerza y T = F * Bp el eje de rotación De acuerdo al SI, la unidad de • Una fuerza aplicada o proyectada en el eje de rotación, no torque es Nm q genera torque torque. T: Torque (Nm) F: Fuerza (Newton) Bp: Brazo de palanca (mt.) Relación Fuerza – Brazo de palanca Para equilibrar un torque opuesto opuesto… • Para una misma fuerza • A mayor Brazo de palanca, menor fuerza necesaria aplicada: • A menor Brazo de palanca, mayor fuerza necesaria • A mayor Brazo de palanca, mayor Torque • A menor Brazo de palanca, menor Torque 11
  12. 12. 27/08/2009 Para equilibrar un torque opuesto opuesto… Ventaja Mecánica Representa la eficacia de una fuerza con relación a una palanca (la relación del peso al esfuerzo) V. M. = BP Brazo de esfuerzo o de Fuerza (BP ó BF): BR Es la distancia perpendicular desde el fulcro al punto de potencia (P) o fuerza (F). Brazo de resistencia o peso (BR): Es la distancia BP desde el fulcro al punto de peso (P) se considera BR como brazo de peso F Ventaja Mecánica Ejemplo Tbrazo-mano= 45N x 0,15 mt. = 6,75 Nm Al calcular la VM se cumple: V. M. = BP Tpesa= 420N x 0,4 mt. = 168 Nm BR Si VM > 1; la palanca es mecánicamente Tbíceps= (6,75 + 168) = 174,75 Nm efectiva. (en equilibrio) Si VM < 1 lla palanca es mecánicamente 1; l á i t no efectiva. Debe ser un valor mayor para BP Si VM = 1; si ambas fuerzas son iguales, que pueda levantar el peso… F BR el sistema permanece en equilibrio. 12
  13. 13. 27/08/2009 Ejemplo Ejercicio • El músculo deltoides levanta Tbrazo-mano= 45N x 0,15 mt. = 6,75 Nm el brazo hasta la posición horizontal, fi h i l figura. Si ell peso Tpesa= 420N x 0,4 mt. = 168 Nm del brazo es 35N, calcular: • El valor de la tensión T Tbíceps= (6,75 + 168) = 174,75 Nm ejercida por el músculo (en equilibrio) p • El valor de las componentes de R de la fuerza ejercida Debe ser un valor mayor para por la articulación del que pueda levantar el peso… hombro con una inserción a 10º. F Ejemplos de sistemas de palancas en las Resumen + A.V.D. y en los Deportes En el cuerpo humano: Huesos largos Palancas Articulaciones A ti l i Ejes t tá Ej iinstantáneos d rotación de t ió Músculos Fuerza 13
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