Informe de Física Equilibrio Biomecánico

AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN ECONÓMICA Y SOCIAL DEL PERÚ”

CIENCIAS BIOLOGICAS

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INTRODUCCIÓN

La Biomecánica es la ciencia que estudia la aplicación de las leyes de la mecánica (física) a las estructuras y los órganos de los seres vivos. Diversas personas a lo largo de la historia se han dedicado a esta creciente ciencia bajo diferentes perspectivas, tal es el caso de Leonardo Da Vinci a quien se le reconoce como el más sobresaliente estudioso de esta materia por sus contribuciones en la descripción de las proporciones y difusión de los avances en materia principalmente gráfica, o el caso de Aristóteles quien a través del estudio sobre el movimiento de animales plasmó sus resultados en un documento denominado “Incessu Animalium ”, ”, en donde hace reflexiones sobre la anatomía y el movimiento de los animales, viendo el cuerpo de éstos como sistemas mecánicos. Otros grandes estudiosos de la biomecánica fueron Galeno y Andreas Vesalius a través de estudios sobre la mecánica del cuerpo y la estructura y anatomía del cuerpo humano, así como el matemático belga Quetelet quien publicó su obra denominada “Anthropometrie”. Todas estas contribuciones fueron aportaciones de gran valor para que en la segunda mitad del siglo XX, Yuan-Cheng Bert Fung (científico nacido en la provincia de Jiangsu, China en 1919) introduce por vez primera el término “biomecánica”. Los avances de la biomecánica no se centran en una sola área de estudio sino que existen diversas líneas de investigación y a diversas partes del cuerpo, todas ellas con un gran universo de estudio.







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Comprender e identificar las fuerzas que actúan en un cuerpo

Explicar la masa y el peso

Explicar las condiciones de equilibrio de los cuerpos

Explicar el equilibrio rotacional de los cuerpos

traslacional

y

Aplicar las condiciones de equilibrio a t odo cuerpo en equilibrio

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Explicar las leyes de Newton respecto al movimiento de los cuerpos

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Estudiar el equilibrio de un cuerpo rígido bajo la acción de fuerzas paralelas.

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Reportar datos y resultados experimentales.

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Representar diagramas de fuerzas.







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Aplicar la definición de torque de una fuerza respecto a un punto.

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Comprobar las leyes del equilibrio estático para un cuerpo rígido. rígid o.

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Determinar el módulo, dirección y sentido de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo rígido y verificar que la suma de dichas fuerzas es igual a cero.

Dos Soportes Universales

Juego de Pesas

Una Regla Graduada







Dos Poleas

Una balanza Mecánica

Cuerda

CONCEPTO DE BIOMECÁNIC BIOMECÁNICA A Es una ciencia que utiliza los principios y los métodos de la mecánica (una parte de la física) para el estudio de los seres vivos desde el punto de vista del movimiento. Teniendo en cuenta las peculiaridades de éstos. Se trata de una ciencia multidisciplinar en la que trabajan físicos, biólogos e ingenieros y en la que sus estudios convergen con la práctica de profesores, entrenadores y médicos. La Mecánica es la parte de la Física que estudia el movimiento de los cuerpos. También estudia la falta de movimiento (equilibrio) en relación con las fuerzas que lo provocan.







La biomecánica podemos dividirla de la misma forma que la Mecánica:

FUERZA Y TORQUE 

FUERZA

Es una magnitud física de carácter vectorial capaz de deformar los cuerpos (efecto estático), modificar su velocidad o vencer su inercia y ponerlos en movimiento si estaban inmóviles (efecto dinámico). En este sentido la fuerza puede definirse como toda acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo (imprimiéndole una aceleración que modifica el módulo o la dirección de su velocidad velocidad)) o bien de deformarlo,, es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma deformarlo de los cuerpos materiales.

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TORQUE

Es la fuerza que provoca el movimiento de un objeto en torno a un eje. En el grafico se define torque o momento de una fuerza O, como una cantidad vectorial dada por la expresión: e xpresión:

con respecto a un punto









ESTATICA La Estática es la parte de la física que estudia los cuerpos sobre los que actúan fuerzas y momentos cuyas resultantes son nulas, de forma que permanecen en reposo o en movimiento no acelerado. El objeto de la estática es determinar la fuerza resultante y el momento resultante de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo para poder establecer sus condiciones de equilibrio. Un sistema de fuerzas que actúa sobre un cuerpo puede ser reemplazado por una fuerza resultante y por un momento resultante que produzcan sobre el cuerpo el mismo efecto que todas las fuerzas y todos los momentos actuando conjuntamente. Como la fuerza resultante provoca un movimiento de traslación en el cuerpo y el momento resultante un movimiento de rotación, para que el cuerpo se encuentre en equilibrio debe cumplirse, simultáneamente, que la fuerza resultante y el momento resultante sean nulos. No obstante, equilibrio no es sinónimo de reposo, ya que una fuerza resultante nula y un momento resultante nulo implican una aceleración lineal y angular nula, respectivamente, pero el cuerpo puede encontrarse en reposo o tener un movimiento rectilíneo y uniforme. Así, un cuerpo está en equilibrio cuando se encuentra en reposo o cuando se mueve con movimiento rectilíneo y uniforme.







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La condición necesaria y suficiente para que una partícula permanezca en equilibrio (en reposo) es que la resultante de las fuerzas que actúan sobre ella sea cero.

El momento externo resultante respecto a un punto cualquiera debe ser nulo.

Sin embargo, si el cuerpo se desplaza ligeramente, son posibles tres resultados: el objeto regresa a su posición original, en cuyo caso se dice que que está en equilibrio estable; estable; el objeto se aparta más más de su posición, en en cuyo caso se dice dice que está en equilibrio inestable; o bien el objeto permanece permanece en su nueva posición, en cuyo caso se dice que está en equilibrio neutro o indiferente.







Fuerzas que se ejercen sobre los huesos de la mano y antebrazo cuando la mano sostiene una carga 

Armamos el molde como la imagen

Modelo Biomecánico del antebrazo y mano sosteniendo una carga

F b = representa la fuerza que ejerce el musculo bíceps (valor experimental)

Fam= representa el peso de antebrazo y mano







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Para cada carga construimos el diagrama de fuerza , por el modelo determinamos la fuerza del bíceps que será el valor calculado de la fuerza del bíceps y lo comparamos con el valor experimental F=

lo calculamos multiplicando la masa (m) por 9.8 valor de la gravedad

Hallamos el Fcb por medio de torques :

Σ

=

Σ

Fc (mc) + Fam(ma) = Fcb(mb) (0,4704)(0,895) + (1,538)(0,45) = Fcb (0,185) 0,421 + 0,6921 = Fcb (0,185) Fcb = 6,0 ERROR (%)

=

F (N)

F (N)







Fuerzas que ejercen sobre los huesos h uesos de pie en condiciones de reposo al sostener el peso del cuerpo humano En la imagen se muestra los huesos del pie para el talon levantado y ligeramente elevado. Las fuerzas sobre el pie para el talón levantado, podemos asumir que dichas fuerzas son paralelas

Armamos el molde según estaba en el libro y teniendo en cuenta que tengan las fuerzas equivalentes al talón.

Esquema de fuerzas sobre el pie y el modelo de fuerzas paralela

mTA(kg) mT(kg) 1

0,09

0,05

mw/2(kg)

a (m)

b(m)

0,08

0,22

0,66

m TA : es la masa del objeto que proporciona la fuerza F TA que representa la









F=

lo calculamos multiplicando la masa (m) por 9.8 valor de la gravedad

Hallamos el Fcb por medio de torques :

Σ

=

Σ

FW/2 (0,44) + F T (0,22) (0,22) = F TA(0,44)

ERROR (%)

=

= 4,3 %

F w/2 (N)

FTA (N) (Experimental)

FCTA

(N) (Calculado)

Errror







MODELO BIOMECANICO DEL ANTEBRAZO Y MANO SOSTENIENDO UNA CARGA







6.1 Verifique si en el modelo de la Figura 4.4 están representadas todas las fuerzas que actúan sobre los huesos de la mano y antebrazo, identifique los que faltaran y determine su magnitud. F b : fuerza ejercida por el bíceps

Fk : fuerza ejercida por el brazo sobre el codo

Fam : fuerza ejercida por el antebrazo y mano

Fc : fuerza ejercida por la carga

En negro se muestra la acción que ejerce el peso del brazo (hueso húmero y musculatura) sobre la articulación del codo. También se conoce como fuerza de contacto. 6.2 Explique las diferencias entre el valor experimental y valor calculado para la fuerza simulada que ejerce el músculo bíceps. El valor experimental es el resultado de la fuerza que ejerce el músculo bíceps sobre los huesos del antebrazo. El valor calculado se obtiene de la ecuación del Momento de las fuerzas que intervienen en el sistema en equilibrio. Allí intervienen varias variables y cada una aporta un porcentaje de error expresada en el resultado final. Podemos señalar algunas







6.4 Explique las diferencias entre el valor experimental y valor calculado para la fuerza simulada que ejerce el tendón de Aquiles. FTA (experimental) = 0,98 FCTA (calculado) = 1,025 Como se observa existe una gran diferencia entre ambos valores, lo que puede explicarse en parte por los errores usuales en las medidas y procedimientos, sin embargo, es de considerable importancia poner atención en las fuerzas que no se tomaron en cuenta, como el peso de la pierna. 6.5 Considerando los datos de la Figura 4.3, determine la fuerza que se ejerce en la articulación del codo, ¿cómo se aplica esta fuerza? Por la primera condición de equilibrio tenemos que la sumatoria de las fuerzas, ƩF= 0, por lo tanto tenemos: F b – F Fam – F Fc – F Fk = = 0 Fk = = 5,9470 -1,5161 – 0,4724 0,4724 Fk = = 3,9585 Fk es es la fuerza hacia abajo ejercida por el brazo superior en la articulación del codo. 6.6 Considerando los datos de la Figura 4.7, determine la fuerza que se ejerce en la articulación de la pierna y pie, ¿cómo se aplica esta fuerza? Considere el valor de su peso.







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