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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FÍSICA
CURSO: BIOFÍSICA MÉDICA
BIOMECÁNICA
Prof. Dr. Elvar Quezada Castillo
MOVIMIENTO Y
LEYES DE NEWTON
MOVIMIENTO
Cambio de posición de un cuerpo con respecto a otro
que se supone fijo.
Clases de movimiento:
1. Movimiento rectilíneo
2. Movimiento circular
3. Movimiento parabólico
4. Movimiento pendular
Velocidad
Aceleración
Aceleración de la gravedad “g”.
LEYES DE NEWTON
• Primera ley o ley de inercia: Todo cuerpo continúa en estado de
reposo o de movimiento rectilíneo con velocidad constante, a
menos que sobre él actúen fuerzas que modifiquen dicho estado.
• Segunda ley o ley de la fuerza: Un objeto sobre el que actúa
una fuerza F tiene una aceleración a en dirección de F.
F=ma
• Tercera ley o ley de acción y reacción: Cuando un cuerpo
ejerce una fuerza sobre otro, éste responde con una fuerza de
igual magnitud y sentido contrario sobre el primero.
FA = -FR
CLASES DE FUERZAS
• Fuerza de la gravedad, es la fuerza con
que la tierra atrae a todos los objetos.
W = mg
• Fuerzas paralelas
• Fuerzas concurrentes
CLASES DE FUERZAS
• Fuerza no concurrentes
• Fuerza elástica
F=kx
N
• Fuerza de rozamiento
T
f = µN
f
W
CLASES DE FUERZAS
• Fuerza de rozamiento de una
cuerda sobre una superficie
curva
Tmax  Tmineµ
• Fuerzas normales
• Fuerzas de cizallamiento
• Fuerzas de tensión y
compresión
CLASES DE FUERZAS
• Fuerza “G”, es generada por aceleraciones o
desaceleraciones súbitas y se expresan en múltiplos de G.
Esto es:
Fuerza G = ma = m(ng) = n(mg) =nG,
donde G = mg
• Fuerza centrípeta
y centrífuga
EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA
ACELERACIÓN
1. Desplazamiento vertical
• A) ACELERACIÓN HACIA
ARRIBA
Wef = m(a+g)
Aumenta el peso del sujeto y en
consecuencia el peso específico de
los fluidos corporales.
EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA
ACELERACIÓN
1. Desplazamiento vertical
A) ACELERACIÓN HACIA
ARRIBA
1. La sangre se colapsa en la
parte inferior del cuerpo y la
presión arterial aumenta
Pi = Po + γ(1 + a/g)hi
Ps = Po – γ(1 + a/g)hs
2. Disminuye el gasto cardiaco
EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA
ACELERACIÓN
1. Desplazamiento vertical
A) ACELERACIÓN HACIA ARRIBA
•
•
•
•
•
•
Las aceleraciones hasta 4g son tolerables en períodos que no superen los 15
minutos sin molestias apreciables.
Entre 4g y 6g se notan dificultades respiratorias y al cabo de un minuto el ritmo
del corazón y respiración aumentan.
A 8g la respiración se hace más fatigosa y aparecen dolores en el tórax.
Aparecen también hemorragias cutáneas.
A 10g la respiración se hace imposible y la tolerancia queda limitada a pocos
segundos. Se distienden las estructuras del cuerpo especialmente el corazón que
está lleno de sangre.
A 12g y valores superiores la pérdida de conciencia es inmediata y aparecen
hemorragias internas.
A 20g se produce fractura vertebral.
EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA
ACELERACIÓN
1. Desplazamiento vertical
B) ACELERACIÓN HACIA ABAJO
Pi = Po + γ(1 - a/g)hi
Ps = Po – γ(1 - a/g)hs
•
•
•
Sobreviene sensación de desconcierto síquica y fisiológica.
Al perder peso la sangre o quedarse sin peso el esfuerzo que
hace el corazón es inferior al normal, y su ritmo se hace más
lento.
El esqueleto deja de ser el sostén necesario del cuerpo
humano y puede ocurrir descalsificación.
EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA
ACELERACIÓN
2. Desplazamiento horizontal en línea recta
• A velocidad constante no se producen efectos
fisiológicos.
• Al principio del viaje hay una aceleración lineal
y el piloto sufre la acción de una fuerza
Wef  m g 2  a 2
• Al final del viaje habrá una fuerza impulsora
hacia delante que sacaría al piloto del asiento.
• Los efectos fisiológicos no son violentos
porque la aceleración es perpendicular al flujo
sanguíneo.
EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA
ACELERACIÓN
3. Desplazamiento circular
A) En plano horizontal
2


v
2
Wef  m g   
 r 
•
•
2
La
fuerza
efectiva
presiona
al
experimentador contra la pared de la jaula.
La inclinación del avión indica la forma
oblicua que adopta el aparato para alinear
su eje vertical con la dirección tomada por
el peso
EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA
ACELERACIÓN
3. Desplazamiento circular
B) En un plano vertical
• Cuando sale del picado experimenta una fuerza G
positiva, la presión sanguínea aumenta en la parte
inferior del cuerpo, disminuye el retorno venoso y el
gasto cardiaco. Disminuye la presión de la sangre en
la cabeza y no se irriga completamente el cerebro.
• Cuando entra al picado experimenta una fuerza G
negativa, aumenta la presión de la sangre en el
cerebro, el corazón late lentamente y puede dejar de
hacerlo durante 5 a 10 segundos.
• Se distienden los tejidos elásticos como el corazón
lleno se sangre.
• La aceleración transversal provoca desplazamiento
del corazón de unos 25 mm.
BIOMECÁNICA
DEL ESQUELETO
EL ESQUELETO
• El esqueleto esta formado por órganos
denominados huesos que cumplen
funciones:
1.Sostén de diversas partes del
organismo
2. Modela el cuerpo
3.Forma palancas, que al completarse
con articulaciones y músculos son
los responsables de los movimientos
del cuerpo
4.Conforma cavidades limitadas por
varios huesos, en las cuales se alojan
órganos importantes o delicados.
BIOMECÁNICA DEL ESQUELETO
• Los huesos son los órganos pasivos del
movimiento y articulados entre sí constituyen
verdaderas palancas, donde los órganos de
acción son los músculos. El estudio de estas
palancas óseas constituye la biomecánica del
esqueleto.
• El cuerpo humano puede considerarse
constituido por cadenas óseas en las que cada
eslabón es un cuerpo esencialmente rígido.
CADENAS ÓSEAS
• Dempster (1955)
representó
al
esqueleto
humano como
un sistema de
cadenas
óseas
sobre las cuales
actúan fuerza de
tensión
y
compresión.
ARTICULACIONES
• Es la conjunción entre dos huesos formados por una serie de
estructuras mediante las cuales se unen dos huesos entre sí.
• Existen tres tipos: sinartrósis (inmóviles), anfiartrósis (semi
móviles) y diartrósis (móviles).
• Las diartrósis tienen dos superficies lisas separadas por una
cavidad articular que produce un líquido lubricante (sinovial).
MOVIMIENTO DE LAS
ARTICULACIONES
• Flexión
• Extensión
MOVIMIENTO DE LAS
ARTICULACIONES
• Abducción
• Aducción
• Circunducción
CONO DE CIRCUNDUCCIÓN
• Cono de
circunducción
generado por la
extremidad
inferior al
moverse respecto
al centro de la
cadera que actúa
como vértice de
dicho cono.
MOVIMIENTO DE LAS
ARTICULACIONES
• Supinación
• Pronación
CENTRO DE MOVIMIENTO
MÚSCULOS
•
•
•
Son de tres clases: Esqueléticos, cardiaco y lisos
Son materiales viscoelásticos.
La fuerza muscular depende de los siguientes factores:
1. Número de fibras musculares (n)
2. Fuerza de cada fibra (f)
3. Disposición geométrica de las fibras dentro del músculo
4. Forma y tamaño del músculo
5. Modalidad de la contracción
F = nf
F´> Fp
MOMENTO DE UNA FUERZA
• M=rxF
• M = rF sen θ
Mm = -(W)(a) = - Wa
Mc = -(W)(a + b) = - W(a + b)
Mh = - (W)(a + b + c) = - W(a + b + c)
MOMENTO DE UNA FUERZA
• Mm = - W a sen θ
•
Mc = - W (a + b) sen θ
•
Mh = - W (a + b + c) sen θ
MOMENTO DE UNA FUERZA
Mf = rf W cos θ
Me = re W cos θ
MOMENTO DE UNA FUERZA
Mc = rcF
Ms = r s F
¿Cuás es mayor?
PAR DE FUERZAS
• Se determina multiplicando
la intensidad de la fuerza
por el brazo del par
M = Fd
• Rota el cuerpo sobre si
mismo
PAR DE FUERZAS
• Contracción
del bíceps.
• Rotación de
la cabeza.
• Movimiento
bascular del
omóplato.
• Las fuerzas
de gravedad
producen
pares
de
fuerzas.
PAR DE FUERZAS
• Vista superior de par de
fuerzas de fibras de
músculo temporal (F1) y
músculo
pterigoideo
(F2).
• Vista interna de par de
fuerzas de músculo
pterigoideo externo (F1)
y de músculo digástrico
(F2).
POLEAS
Polea es una rueda acanalada en la periferia (para que se mantenga
adaptada una cuerda) que puede girar libremente alrededor de un
eje perpendicular a la rueda pasando por su centro
a) P = R (polea fija)
b) P = ½ R (polea móvil)
POLEAS ÓSEAS
Existen estructuras óseas que colocan al músculo en una situación
análoga a la de una polea, de ahí el nombre de poleas óseas que se les
da a estas estructuras.
• El maléolo interno del pie
• La rótula
• El músculo deltoides
SISTEMAS DE TRACCIÓN
CENTRO DE GRAVEDAD DEL CUERPO
HUMANO
• Cabeza.- En la línea media que une los puntos de
adhesión de ambas orejas.
• Tronco+cabeza.- En el plano que pasa por el
apéndice xifoides y la undécima vértebra dorsal.
• Brazo, muslo, pierna y pie.- A los 5/9 de la longitud
del segmento, medido a partir de la extremidad distal.
• Mano, antebrazo.-A 1/3 de la longitud del segmento
medido a partir del codo.
• Miembro superior.- En el codo.
• Miembro inferior.- Un poco por encima de la
rodilla.
CENTRO DE GRAVEDAD DEL CUERPO
HUMANO
• No es un punto fijo, depende
de la posición relativa de los
distintos segmentos, de la
topografía adiposa del sujeto y
del índice esquelético.
• En un sujeto normal en
posición de pie con los brazos
colgando paralelamente al
tronco, el C.G. se encuentra en
la línea media del cuerpo, a
unos 4 cm por encima de las
articulaciones coxofemorales y
a un centímetro detrás de la
línea que los une.
PALANCA
Palanca es una barra rígida que puede girar alrededor de un punto o
eje fijo.
Momento de potencia = momento de resistencia
Pa = Rb
PALANCAS ÓSEAS
• Palancas de primer género: Articulación de la cabeza con el tronco,
huesillos del oído, articulación coxofemoral cuando una persona está
parada en un solo pie, quinta vértebra lumbar cuando una persona está en
posición erguida.
• Palancas de segundo género: El pié al empinarnos, flexión del tronco al
inclinarnos, mandíbula inferior durante la masticación con molares.
• Palancas de tercer género: Extensión de la pierna, flexión del brazo,
abducción del brazo, mandíbula inferior durante la masticación con los
incisivos.
EFECTOS DEL MÚSCULO SOBRE
LAS PALANCAS ÓSEAS
1. Efecto estático
P = (b/a)R = kR
2. Efecto dinámico concéntrico
P > kR
3. Efecto dinámico excéntrico
P < kR
EQUILIBRIO DE FUERZAS
• Primera condición:
F  0
• Segunda condición:
M
O
0
MECÁNICA DEL PIE
•
•
•
•
El pié es un órgano de soporte.
El tobillo actúa como gozne o pivote en la flexión y extensión del
pie.
La parte superior del astrágalo se mueve en la cavidad formada por
la tibia y el peroné.
Los gemelos y el soleo son motores principales durante el
empinamiento.
•
El problema mecánico consiste en determinar:
1. La tensión ejercida hacia arriba por los músculos de
la pierna.
2. La fuerza de contacto Fc hacia abajo producida en la
articulación del tobillo.
Para esto es necesario conocer la geometría del pie
MECÁNICA DEL CUADRÍCEPS
• Es tres veces más poderoso que el conjunto de
músculos flexores de la pierna.
• No interviene en el mecanismo de equilibrio
en la estación de pie.
• Se contrae con gran energía durante la carrera
y la marcha.
• En la extensión de la pierna el cuadriceps tira
de la rótula hacia arriba sobre la articulación
de la rodilla en forma similar a una polea.
• El problema mecánico consiste en determinar:
1. La tensión del cuadríceps.
2. La fuerza de contacto Fc ejercida por el fémur.
Para esto es necesario conocer la geometría del
segmento.
θ
θ
MECÁNICA DEL BÍCEPS
• Es el músculo principal en la flexión del brazo.
• El codo es el punto de giro, el antebrazo y la mano
son los órganos de compresión y el bíceps el órgano
de tensión.
•
El problema mecánico consiste en determinar:
1. La fuerza del bíceps ejercida hacia arriba a lo largo
del eje del músculo.
2. La fuerza de contacto Fc hacia abajo ejercida por
el húmero sobre el codo.
Para esto es necesario conocer la geometría del brazo.
MECÁNICA DEL DELTOIDES
• El deltoides es un músculo grande y resistente
que abraza la articulación escapulohumeral.
• Se origina en la parte anterior de la clavícula,
en su tercio superior y se inserta en la
tuberosidad deltoidea del húmero.
• Es el órgano activo en la abducción del brazo y
forma un ángulo de 15º con el eje del húmero.
• El problema mecánico consiste en determinar:
1. La fuerza del deltoides.
2. La fuerza de contacto Fc producida en la articulación del
hombro.
Para esto es necesario conocer la geometría del segmento.
MECÁNICA DE LA MANDÍBULA
INFERIOR
• La mandíbula es un hueso grande en forma de
herradura que forma el tercio inferior del esqueleto
facial.
• Se articula a un par de cóndilos uno a cada lado del
cráneo y actúan como goznes.
• El masetero es el músculo principal de la masticación
y uno de los más poderosos del cuerpo.
• La mandíbula actúa como una palanca de tercer
género durante la masticación con los dientes o en la
succión y el llanto.
• El problema mecánico consiste el determinar:
1. La fuerza hacia arriba debido a la acción de los maseteros.
2. La fuerza de contacto Fc hacia abajo ejercida por los
cóndilos.
Para esto es necesario conocer la geometría de la mandíbula.
MECÁNICA DE LA COLUMNA
VERTEBRAL
• La quinta vértebra lumbar (VL) actúa como punto de
apoyo rígido en las flexiones de cintura.
• Los músculos de la espalda se insertan a los 2/3 de la
columna vertebral medida a partir del punto de apoyo.
• El centro de gravedad del tronco se encuentra
aproximadamente a ½ de la columna vertebral
medido a partir de la VL.
• Los músculos espinales forman un ángulo de 12º con
el eje de la columna vertebral.
• El problema mecánico
consiste en determinar:
1.La fuerza de los
músculos espinales T.
2.La fuerza de contacto Fc
producida sobre la VL.
Para esto es necesario
conocer la geometría de
la columna vertebral.
MECÁNICA DE LA CBTP
• El CBTP es el sistema
formado por la cabeza,
brazos, tronco y pierna
izquierda (o derecha).
• Sobre el CBTP actúan el
peso W, la tensión T
ejercida por los músculos
abductores y la fuerza de
contacto Fc ejercida por el
fémur sobre la cadera.
• El C.G. no está sobre la
línea media del cuerpo.
Fc
TT
R
W
• El problema mecánico de la CBTP consiste en
determinar:
1. La tensión de los músculos abductores.
2. La fuerza de contacto Fc en la articulación
coxofemoral.
Para esto es necesario conocer la geometría del
sistema
BIOMECÁNICA DE LA ATM
(2)
(1)
1. Eje horizontal
2. Eje sagital
3. Eje frontal
(3)
(a)
(b)
(a) Movimiento de traslación de la mandíbula
(b) Presiones en las articulaciones
Diagrama de fuerzas y ángulos para determinar las fuerzas
actuantes sobre la mandíbula
ARTICULACIÓN
FEMOROPATELAR
Está situada en la parte anterior de los conductos
femorales y su papel es fundamental en la flexión y
extensión de la rodilla, por las siguientes razones:
• refuerza el músculo cuadríceps en la extensión activa
de la rodilla, al aumentar el ángulo de ataque del
tendón rotuliano sobre la tibia.
• Disminuye considerablemente la fricción del tendón
del cuadríceps, facilitando el deslizamiento del
aparato extensor.
• Guía la contracción del cuadríceps, centrando las
fuerzas divergentes de sus 4 grupos musculares.
•
•
El problema mecánico de la articulación
fémoropatelar consiste en determinar:
la fuerza del cuadríceps que sirve para
mantener el equilibrio de la articulación,
la fuerza de reflexión o presión
fémoropatelar.
Para esto debe conocerse la geometría de la
articulación.
GRACIAS POR SU
ATENCIÓN

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