UNIDAD # 1 SISTEMAS BIOFÍSICOS MECÁNICOS BIOFÍSICA DE LOS FLUIDOS
La Física es una ciencia fundamentalmente dedicada a la comprensión de los fenómenos naturales que ocurren en nuestro universo. Es una ciencia basada en observaciones experimentales y mediciones cuantitativas. Su objetivo es desarrollar teorías físicas basadas en leyes fundamentales que permitan explicar el comportamiento del mayor número posible de fenómenos con la menor cantidad de leyes y predecir los resultados de los experimentos.
Las leyes de la Física se expresan en términos
de magnitudes básicas que requieren una definición clara. En mecánica existen
tres magnitudes fundamentales que son longitud (L), masa (M) y tiempo (T). Son
fundamentales porque no son deducibles de ninguna otra magnitud y están
definidas en términos de comparaciones con un patrón establecido.
Los valores de las magnitudes físicas se expresan en
unidades de medidas. En 1960, un comité internacional estableció reglas para
determinar el conjunto de patrones para las magnitudes fundamentales: es el
Sistema Internacional (SI) de unidades.
Las unidades medidas más utilizadas en la
medicina.
Magnitud
|
Nombre
|
Símbolo
|
Longitud
|
metro
|
m
|
Masa
|
kilogramo
|
kg
|
Tiempo
|
Segundo
|
s
|
Intensidad de corriente eléctrica
|
ampere
|
A
|
Temperatura termodinámica
|
kelvin
|
K
|
Cantidad de sustancia
|
mol
|
mol
|
Intensidad luminosa
|
candela
|
cd
|
Magnitud: Es toda propiedad de los cuerpos que se puede medir. Por ejemplo:
temperatura, velocidad, masa, peso, etc.
Medir: Es comparar la magnitud con otra similar, llamada unidad, para
averiguar cuántas veces la contiene.
Unidad: Es una cantidad que se adopta como patrón para comparar con ella
cantidades de la misma especie. Ejemplo: Cuando decimos que un objeto mide dos
metros, estamos indicando que es dos veces mayor que la unidad tomada como
patrón, en este caso el metro.
FUERZA Y ENERGÍA
La energía
es la capacidad para realizar un trabajo o para transferir calor puede ser
potencia (la se posee por su posición o composición)o cinética (movimiento)
presente como: energía calórica, energía mecánica, energía química, energía
eléctrica y energía radiante
"Fuerza
es la insteraccion entre dos cuerpos, que producen cambios ya sea en la forma o
en el estado (reposo o movimiento) de ellos."
Las leyes que rigen el comportamiento de las fuerzas las enunció Newton y hoy se conocen como las tres leyes de Newton o conforman los Principios de la Dinámica.
LEYES DE NEWTON
Conocidas como Leyes del movimiento de Newton, son
tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los
problemas planteados por la dinámica, en particular, aquellos relativos al
movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el
movimiento de los cuerpos en el universo.
Primera ley de Newton o Ley de la
inercia.
La primera ley del movimiento rebate la idea
aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le
aplica una fuerza. Newton expone que:
Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o
movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas
sobre él.[1]
El cuerpo no puede cambiar por sí solo su
estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos
que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo
sobre él. Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están
sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma
progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que
el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se
ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como está a la fricción.
La segunda ley del movimiento de
Newton dice que:
El cambio de movimiento es proporcional a la
fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual
aquella fuerza se imprime.
Esta ley explica qué ocurre si sobre un
cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una
fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la
velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en el
momento lineal de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se
desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que
producen aceleraciones en los cuerpos. Consecuentemente, hay relación entre la
causa y el efecto, esto es, la fuerza y la aceleración están relacionadas.
Tercera ley de Newton o Ley
de acción y reacción.
Con toda acción ocurre siempre una reacción
igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son
iguales y dirigidas en sentido opuesto.
La tercera ley es completamente original de
Newton (pues las dos primeras ya habían sido propuestas de otras maneras por
Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico
y completo. Expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo (empuje), este
realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido contrario sobre el
cuerpo que la produjo.[2]
ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE LOS TEJIDOS
HUMANOS
Alrededor de 85% de la masa muscular
esquelética del ser humano está compuesta por fibras musculares propiamente dichas.
El 15% restante está formado en gran parte
por tejido conectivo compuesto en cantidades variables por fibras colágenas,
reticulares y elásticas
Fibras colágenas. Son las más abundantes. Están formadas por la proteína colágeno. Brindan rigidez y resistencia al tejido. El colágeno es la proteína más abundante del organismo humano, representando el 30% del total. Se encuentran en la gran mayoría de los tejidos conectivos, sobre todo en el hueso, el cartílago, los tendones y los ligamentos. Son flexibles y resistentes.
Fibras elásticas. Son más pequeñas que las de colágeno, se ramifican y vuelven a reunirse libremente unas con otras. Están constituidas por la proteína (colágeno) y elastina. Al igual que las fibras de colágeno, proporcionan resistencia, pero además pueden estirarse ampliamente, sin romperse. Las fibras elásticas son muy abundantes en la piel, los vasos sanguíneos y los pulmones, se estiran sin romperse hasta el 150% de su longitud.
Fibras colágenas. Son las más abundantes. Están formadas por la proteína colágeno. Brindan rigidez y resistencia al tejido. El colágeno es la proteína más abundante del organismo humano, representando el 30% del total. Se encuentran en la gran mayoría de los tejidos conectivos, sobre todo en el hueso, el cartílago, los tendones y los ligamentos. Son flexibles y resistentes.
Fibras elásticas. Son más pequeñas que las de colágeno, se ramifican y vuelven a reunirse libremente unas con otras. Están constituidas por la proteína (colágeno) y elastina. Al igual que las fibras de colágeno, proporcionan resistencia, pero además pueden estirarse ampliamente, sin romperse. Las fibras elásticas son muy abundantes en la piel, los vasos sanguíneos y los pulmones, se estiran sin romperse hasta el 150% de su longitud.
La elasticidad es una propiedad que también
se encuentra en muchos órganos, tejidos y músculos de los organismos, teniendo
esto relación con la capacidad de crecer y volverse elásticos de acuerdo a
diferentes situaciones. Un ejemplo claro de órgano elástico es la del estómago,
que puede aumentar varias veces su tamaño original para luego volver a su
estado de reposo luego de haberse realizado el proceso de alimentación.
Normalmente, en el caso de los órganos y músculos, la elasticidad tiene que ver
con una correcta hidratación ya que la ausencia de agua (como sucede con la
piel) resquebraja y atrofia a los diferentes tejidos.
La resistencia es la tendencia de un material
a resistir el flujo de corriente y es específica para cada tejido, dependiendo
de su composición, temperatura y de otras propiedades físicas.
Los nervios, encargados de transmitir señales
eléctricas, los músculos, y los vasos sanguíneos con su alto contenido en
electrolitos y agua son buenos conductores. Los huesos, los tendones y la grasa
tienen una gran resistencia y tienden a calentarse y coagularse antes que
transmitir la corriente.
RESISTENCIA
Y ESTRUCTURA DE LOS MÚSCULOS Y HUESOS
Ø ESTRUCTURA DE LOS MÚSCULOS
Las
fibras musculares se encuentran protegidas y se mantienen en sus lugares debido
a que el tejido conjuntivo actúa como envoltura y división. Así, este se
denomina epimisio cuando es la funda de tejido que cubre al músculo; perimisio,
a la vaina de tejido que envuelve cada fascículo muscular (haces o conjuntos de
fibras musculares), y endomisio al que rodea cada fibra. (Cussó, (2013))
En
concreto, la fibra muscular es una célula multinucleada (varios núcleos, siendo
de las pocas de este tipo en el organismo), elástica y de forma cilíndrica.
Esta célula es la que puede extenderse o recogerse y luego recuperar su forma
original, permitiendo al cuerpo moverse y mantener una posición determinada.
La
cantidad de fibras musculares presentes varía según el tamaño y la función que
cumple cada músculo.
Cada
fibra muscular está rodeada por una delgada membrana plasmática, el sarcolema
(ubicada debajo del endomisio), y contiene miles de fibras menores que están en
grupos, llamadas miofibrillas. Cerca del 80% de la fibra está integrada por
miofibrillas, que van en número de varios cientos a varios miles, según el
ancho de la fibra.
CONTRACCIÓNMUSCULAR
La contracción de los músculos estriados ocurre como
resultado de un esfuerzo consciente originado en el cerebro. Las señales del cerebro viajan muy
rápido en la forma de potenciales de acción por los nervios hasta
la neurona motora que injerta
fibra muscular. En el caso de los reflejos involuntarios, la señal eréctil
puede originarse en la médula espinal a través de un circuito con la materia gris. En la
musculatura involuntaria, como son el caso del corazón y la musculatura lisa
(por ejemplo, en el intestino o el sistema vascular), la contracción
ocurre como resultado de actividad inconsciente del sistema nervioso autónomo o
bien por estimulación endógena del mismo músculo.
Algunas contracciones como
la locomoción, la respiración, y la masticación pueden
iniciarse tanto consciente como inconscientemente, pero se continúan por medio
de un reflejo inconsciente.
La contracción muscular se
puede explicar como un desplazamiento de los miofilamentos, es decir la cabeza
de la miosina se ancla a la actina produciéndose así el dicho desplazamiento.
Cabe decir que la contracción muscular está regulada por el calcio, el ATP y el
Magnesio, aunque se desconoce porque el Magnesio causa contracción en músculos
post mortem y esto está bajo investigación.
Los filamentos de actina se
deslizan hacia adentro entre los filamentos de miosina debido a fuerzas de
atracción resultantes de fuerzas mecánicas, químicas y electrostáticas
generadas por la interacción de los puentes cruzados de los filamentos de
actina.[3]
En reposo, las fuerzas de
atracción entre los filamentos de actina y miosina están inhibidas.
Los potenciales de acción se
originan en el sistema
nervioso central y viaja hasta llegar a la membrana de la
motoneurona: la fibra muscular.
El potencial de acción
activa los canales de calcio dependientes de voltaje en el axón haciendo que el
calcio fluya dentro de la neurona.
El calcio hace que las
vesículas, conteniendo el neurotransmisor llamado acetilcolina, se unan a la
membrana celular de la neurona, liberando la acetilcolina al espacio sináptico
donde se encuentran la neurona con la fibra muscular estriada.
La acetilcolina activa
receptores nicotínicos de la acetilcolina en la fibra muscular abriendo los
canales para sodio y potasio haciendo que ambos se muevan hacia donde sus
concentraciones sean menores: sodio hacia dentro de la célula y potasio hacia
fuera.
La nueva diferencia de
cargas causada por la migración de sodio y potasio
despolariza (la hace más positiva) el interior de la membrana, activando
canales de calcio dependientes de voltaje localizados en la membrana celular
(canales de dihidropiridina) los cuales por medio de un cambio conformacional
terminan activando de manera mecánica a los receptores de
Ryanodina ubicados en el retículo endoplásmico de la fibra muscular, llamado
retículo sarcoplasmático (RS).
[3] Beltrán, Biofísica.
FIBRAS
MUSCULARES
FATIGA MUSCULAR
TIPOSDE CONTRACCIONES MUSCULARES
Contracciones
isotónicas
Contracciones
auxotónicas
Contracciones
isocinéticas
ESTRUCTURA DE LOS HUESOS
RESISTENCIA DE LOS HUESOS
Para lograr esta resistencia sin pesar demasiado, el hueso cuenta con dos tipos de tejidos, el compacto y el esponjoso. El tejido compacto tiene dos componentes principales. Una parte mineral, formada por sales de calcio, y el colágeno, una sustancia gelatinosa que en forma de fibras atraviesa todo el entramado mineral. El tejido esponjoso está en el centro del hueso y no es muy resistente, pero sí muy ligero, lo que evita el exceso de peso.
El hueso supera en resistencia al hormigón, y de hecho su estructura es muy parecida. Las fibras colágenas del hueso tienen gran fuerza de tensión. En cambio las sales de calcio, cuyas propiedades son parecidas a las del mármol, tienen gran fuerza de compresión. Estas propiedades combinadas son las que aportan resistencia al hueso. En el hormigón, el acero, como el colágeno, suministra la fuerza de tensión. Y el cemento, como las sales de calcio, aporta la fuerza de compresión.(López, (2014))
CARACTERÍSTICAS,
ESTRUCTURA Y FUNCIONES DE LAS ARTICULACIONES
PARTES DE UNA ARTICULACIÓN
BIOMECÁNICA DE LA MARCHA
CICLO DE LA MARCHA
MECÁNICA DE LOS FLUIDOS
LIQUIDOS
Teoría cinética
Propiedades de los líquidos
ESTÁTICA
DE LOS FLUIDOS O HIDROSTÁTICA
Ley de POISEVILLE
PRINCIPIO DE PASCAL
PRINCIPIODE ARQUÍMEDES
LEY DE STOKES
El calcio sale del retículo
sarcoplasmático y se une a la proteína troponina C, presente como parte del
filamento de actina, haciendo que module con la tropomiosina, cuya función es
obstruir el sitio de unión entre la actina y la miosina.
Libre del obstáculo de la
tropomiosina, ocurre la liberación de grandes cantidades de iones calcio hacia
el sarcoplasma. Estos iones calcio activan las fuerzas de atracción en los
filamentos, y comienza la contracción.
La miosina, lista con
anticipación por la compañía energética de ATP se une a la actina de manera
fuerte, liberando el ADP y el fosfato inorgánico causando un fuerte halón de la
actina, acortando las bandas I una a la otra y produciendo contracción de la
fibra muscular.[1]
En todo este proceso también
se necesita energía para mantener la contracción muscular, que proviene de los
enlaces ricos en energía del adenosintrifosfato (ATP), que se desintegra en
adenosindifosfato (ADP) para proporcionar la energía requerida.[2]
FIBRAS
MUSCULARES
Hay dos tipos de fibras
musculares, lentas y rápidas. Los músculos que reaccionan con gran rapidez
están compuestos por las rápidas en su mayor parte y músculos que realizan
contracciones más lentas pero más prolongadas están compuestas por fibras
lentas. Las diferencias entre las fibras rápidas y lentas son las siguientes:
Fibras rápidas:
ü Mucho más grandes, para
obtener más fuerza de contracción.
ü Retículo sarcoplásmico
extenso, para liberación rápida de iones calcio que inicien la contracción
ü Grandes cantidades de
enzimas glucolíticos, para liberar energía rápidamente por glucólisis.
ü Menor aporte sanguíneo, ya
que su metabolismo oxidativo es de importancia secundaria.
ü Menos mitocondrias, también
porque el metabolismo oxidativo es secundario
Fibras lentas:
ü Más pequeñas
ü Inervadas por nervios
pequeños
ü Mayor aporte sanguíneo por
vasos y capilares, para un mayor suministro de oxígeno
ü Gran número de mitocondrias,
para un mejor metabolismo oxidativo
Fibras con mucha mioglobina,
que es una proteína que contiene hierro. Esta almacena oxígeno,
acelera el transporte de este a las
mitocondrias. Confiere al músculo una pigmentación rojiza que lo diferencia del
rápido, que es blanco.[3]
FATIGA MUSCULAR
La contracción prolongada y
fuerte de un músculo lleva al estado de fatiga muscular. Estudios en
deportistas han demostrado que la fatiga muscular aumenta casi en proporción
directa con la velocidad de depleción del glucógeno muscular. Por tanto, la
mayor parte del fenómeno se debería, probablemente, a la incapacidad de los
mecanismos contráctiles y metabólicos de las fibras musculares para seguir
suministrando la misma potencia. Los experimentos también han puesto de
manifiesto que la transmisión de la señal nerviosa por la unión puede disminuir
ocasionalmente, siguiendo a la a realización de una actividad muscular
prolongada. Este fenómeno provoca la reducción de la contracción muscular. La
interrupción del flujo sanguíneo a través del músculo en contracción provoca
fatiga muscular casi completa en un minuto, a causa de la falta de nutrientes,
sobre todo de oxígeno.
TIPOSDE CONTRACCIONES MUSCULARES
Contracciones
isotónicas
La palabra isotónicas
significa (iso: igual - tónica: tensión)
igual tensión. Se define como contracciones isotónicas a aquellas (desde el
punto de vista fisiológico) contracciones en las que las fibras musculares
además de contraerse, modifican su longitud. Las contracciones isotónicas son
las más comunes en la mayoría de los deportes, actividades físicas y
actividades correspondientes a la vida diaria, ya que en la mayoría de las
tensiones musculares que se ejercen suelen ir acompañadas por acortamiento y
alargamiento de las fibras musculares de un músculo determinado. Las
contracciones isotónicas se dividen en: concéntricas y excéntricas.[4]
La palabra isométrica
significa (iso: igual, métrica: medida/longitud) igual medida o igual longitud.
En este caso el músculo permanece estático, sin acortarse ni alargarse, pero
aunque permanece estático genera tensión. Un ejemplo de la vida cotidiana sería
cuando llevamos a un chico en brazos, los brazos no se mueven, mantienen al
niño en la misma posición y generan tensión para que el niño no se caiga
al suelo. No se produce ni
acortamiento ni alargamiento de las fibras musculares. En el deportese produce en muchos casos,
un ejemplo podría ser en ciertos momentos del wind surf, cuando debemos
mantener la vela en una posición fija. Con lo cual podríamos decir que se
genera una contracción estática, cuando generando tensión
no se produce modificación en la longitud de un músculo determinado.
Contracciones
auxotónicas
Este caso es cuando se
combinan contracciones isotónicas con contracciones isométricas. Al iniciarse
la contracción, se acentúa más la parte isotónica, mientras que al final de la
contracción se acentúa más la isométrica. Un ejemplo práctico de este tipo de
contracción lo encontramos cuando se trabaja con «"extensores"». El
extensor se estira hasta un cierto punto, el músculo se contrae
concéntricamente, mantenemos unos segundos estáticamente (isométricamente) y
luego volvemos a la posición inicial con una contracción en forma excéntrica.[5]
Contracciones
isocinéticas
Se trata más bien de un
nuevo tipo de contracción, por lo menos en lo que refiere a su aplicación en la
práctica deportiva. Se define como una contracción máxima a velocidad constante
en toda la gama de movimiento. Son comunes en aquellos deportes en lo que no se
necesita generar una aceleración en el movimiento, es decir, en aquellos
deportes en los que lo que necesitamos es una velocidad constante y uniforme,
como puede ser la natación o el remo. El
agua ejerce una fuerza constante y uniforme, cuando
aumentamos la fuerza, el agua aumenta en la resistencia. Para ello se diseñaron los
aparatos isocinéticos, para desarrollar a velocidad constante y uniforme
durante todo el movimiento. Aunque las contracciones isocinéticas e isotónicas
son ambas concéntricas y excéntricas, no son idénticas, sino por el contrario
son bastante distintas, ya que como dijimos anteriormente las contracciones
isocinéticas son a velocidad constante regulada y se desarrolla una tensión
máxima durante todo el movimiento. En las contracciones isotónicas no se
controla la velocidad del movimiento con ningún dispositivo, y además no se
ejerce la misma tensión durante el movimiento, ya que por una cuestión de
palancas óseas varía la tensión a medida que se realiza el ejercicio. Por
ejemplo, en extensiones de cuádripces cuando comenzamos el ejercicio, ejercemos
mayor tensión que al finalizar por varias razones:
1.
una es por que vencemos la inercia.
2.
la otra es porque al acercarse los puntos de inserción
muscular, el músculo ejerce menor tensión.
Para realizar un entrenamiento con máquinas
isocinéticas se necesitan equipos especiales. Dichos equipos contienen
básicamente, un regulador de velocidad, de manera que la velocidad del
movimiento se mantiene constante, cualquiera que sea la tensión producida en
los músculos que se contraen.
Es posible regular la
velocidad del movimiento en muchos de estos dispositivos isocinéticos y la
misma puede variar entre 0º y 200º de movimiento por segundo. Muchas
velocidades de movimiento durante diversas pruebas atléticas reales superan los
100º/s .[6]
ESTRUCTURA DE LOS HUESOS
El
hueso es tejido duro que constituye la mayor parte del esqueleto y consta de
elementos orgánicos (células y matriz) e inorgánicos (minerales). Sus
componentes son:
·
Cartílago. Tejido firme,
pero flexible, que cubre los extremos de los huesos en una articulación
·
Disco epifisiario. Se sitúa en
los huesos largos e indica el sitio de unión entre epífisis (extremo del hueso)
y diáfisis (porción cilíndrica), y está presente sólo en los huesos en
crecimiento.
·
Periostio. Membrana
externa que contiene nervios y vasos sanguíneos que nutren al hueso.
·
Hueso compacto. Parte
superficial lisa y muy dura del esqueleto.
·
Hueso esponjoso. Se
encuentra dentro del hueso compacto y aunque no es tan duro como éste, tiene
cierta resistencia.
·
Endostio. Tejido que
cubre la pared interna de la cavidad medular del hueso.
·
Cavidad medular. Espacio
que contiene la médula ósea en la diáfisis de un hueso largo.
·
Médula ósea. Sustancia
espesa cuya función consiste en producir células sanguíneas.
·
Abertura. Permite la
entrada de vasos nutrientes.
·
Vasos nutrientes. Conducen
sustancias al interior del hueso para proporcionar nutrientes y permite la
salida de las células que se forman en él.
RESISTENCIA DE LOS HUESOS
Las vigas que forman la parte medular de un edificio son
sometidas a pruebas mecánicas que determinan su resistencia ante las fuerzas a
las que pueden estar sujetas, que se reducen a las de tensión, compresión y
torsión. Estas mismas pruebas se utilizan para obtener la resistencia de los
huesos, la cual no sólo depende del material con el que están constituidos sino
de la forma que tienen. Para efectuar las pruebas de resistencia mecánica se usa
una muestra de material en forma de I a la que se aplica la fuerza.[7]
El hueso está sometido permanentemente a fuertes
presiones. Sentarse somete a las vértebras inferiores a una presión equivalente
a la que soporta un buceador que se encuentra a
170 metros de profundidad. Y un salto de longitud provoca en el fémur de un
atleta una fuerza equivalente al peso de 9 toneladas.
Para lograr esta resistencia sin pesar demasiado, el hueso cuenta con dos tipos de tejidos, el compacto y el esponjoso. El tejido compacto tiene dos componentes principales. Una parte mineral, formada por sales de calcio, y el colágeno, una sustancia gelatinosa que en forma de fibras atraviesa todo el entramado mineral. El tejido esponjoso está en el centro del hueso y no es muy resistente, pero sí muy ligero, lo que evita el exceso de peso.
El hueso supera en resistencia al hormigón, y de hecho su estructura es muy parecida. Las fibras colágenas del hueso tienen gran fuerza de tensión. En cambio las sales de calcio, cuyas propiedades son parecidas a las del mármol, tienen gran fuerza de compresión. Estas propiedades combinadas son las que aportan resistencia al hueso. En el hormigón, el acero, como el colágeno, suministra la fuerza de tensión. Y el cemento, como las sales de calcio, aporta la fuerza de compresión.
CARACTERÍSTICAS,
ESTRUCTURA Y FUNCIONES DE LAS ARTICULACIONES
·
las
superficies óseas o articulares, que representan el esqueleto de la
articulación;
·
las
formaciones interóseas, blandas, intercaladas entre las superficies
articulares;
·
las
formaciones periféricas, también blandas, que rodean y envuelven a las
anteriores
PARTES DE UNA ARTICULACIÓN
·
Cartílago.
·
Cápsula
y membrana sinovial.
·
Ligamentos;
·
Tendones.
·
Bursas..
·
Menisco.
Las
articulaciones son los puntos de unión entre dos o más huesos, su función
es permitir el movimiento del sistema locomotor y ayudar a amortiguar las
fuerzas que inciden en el cuerpo al movernos.
BIOMECÁNICA DE LA MARCHA
La locomoción humana normal se ha descrito como una serie de movimientos
alternantes, rítmicos, de las extremidades y del tronco que determinan un
desplazamiento hacia delante del centro de gravedad. La marcha Comienza: Cuando el pie contacta con el suelo y termina con el siguiente contacto del
mismo pie en el suelo.
La marcha humana es un proceso de locomoción
en el cual el cuerpo humano, en posición erguida, se mueve hacia adelante,
siendo un peso soportado, alternativamente, por ambas piernas. Mientras el
cuerpo se desplaza sobre la pierna de soporte, la otra pierna se balancea hacia
adelante como preparación para el siguiente apoyo.
FASES
|
MUSCULOS
|
ACTIVIDAD
|
Inicial del apoyo
|
· Isquiotibiales, cuádriceps
· Glúteo mayor y medio
|
Excéntrico
|
Media del apoyo
|
· Sóleo
· Tibial posterior
· Peroneos
|
|
Final de apoyo
|
· Tríceps sural
|
Concéntrico
|
Previa de la oscilación
|
· Flexores de cadera
· Gemelos
|
|
Inicial de la oscilación
|
· Flexor propio del 1er dedo
|
|
Media de la oscilación
|
· Flexores dorsales
|
|
Final de la oscilación
|
· Cuádriceps
· Flexor-extensores dorsales
|
CICLO DE LA MARCHA
Componentes del ciclo de la
marcha:
·
Fase de Postura (apoyo): cuando la pierna está en contacto con el suelo.
·
Fase de Balanceo: cuando la pierna no está en contacto con el suelo.
MECÁNICA DE LOS FLUIDOS
Los
fluidos corporales se dividen en dos categorías: excretados y secretados.
Dentro de esas categorías encontramos los siguientes:
Excretados:
sudor, la leche materna, cerumen, heces, quimo, bilis, vómito, humor acuoso,
sebo.
Secretados:
sangre o plasma, semen, saliva, eyaculación de la mujer, suero u orina.
Parte
de la Física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en
movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que
utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos
como la aeronáutica, la ingeniería química, la medicina, etc.
La
mecánica de Fluidos estudia las leyes del movimiento de los fluidos y sus
procesos de interacción con los cuerpos sólidos. Es una mezcla de teoría y
experimento que proviene por un lado de los trabajos iniciales de los
ingenieros hidráulicos, de carácter fundamentalmente empírico, y por el otro
del trabajo básicamente matemáticos, que abordaban el problema desde un enfoque
analítico.
LIQUIDOS
Teoría cinética
Líquidos: las moléculas se presentan al
azar y aumentan las fuerzas de cohesión, son capaz de deslizarse. Los líquidos
se difunden en otros para formar mezclas miscibles. Al bajar la energía
cinética, baja la temperatura hasta el punto en que se generan sólidos, por las
partículas, no se mueven solo vibran.[8]
Propiedades de los líquidos
La viscosidad: es la resistencia de un líquido
a fluir. Se mide con viscosímetros.
Las sustancias con puentes de hidrógenos
son altamente viscosas; al aumentar el area superficial aumenta la viscosidad
por fuerzas de london a mayor tamaño mayor viscosidad.
Ej.: Pentano C5H12 0.24 cp
Tensión superficial: las
moléculas de la superficie generan altas atracciones es una
medida de las fuerzas
dirigidas hacia el interior que se deben vencer.
Evaporación: paso de las
moléculas al estado gaseoso; la energía cinética disminuye y hay una reducción
de la temperatura. Se presenta un equilibrio liquido-vapor.
Las moléculas superan la
presión atmosférica y pasan a la fase gaseosa.
Presión de vapor: presión de
las moléculas en fase de vapor, predominantes de la fase liquida en un
recipiente cerrado, a mayor numero de moléculas mayor energía cinética y mayor
presión. Los líquidos que se vaporizan fácilmente se llaman volátiles. (Bunge, (1997))
ESTÁTICA
DE LOS FLUIDOS O HIDROSTÁTICA
Todos los líquidos pesan,
por ello cuando están contenidos en un recipiente las capas superiores oprimen
a las inferiores, generándose una presión debida al peso. La presión en un
punto determinado del líquido deberá depender entonces de la altura de la
columna de líquido que tenga por encima suyo.
Considérese un punto
cualquiera del líquido que diste una altura h de la superficie libre
de dicho líquido. La fuerza del peso debido a una columna cilíndrica de líquido
de base Ssituada sobre él puede expresarse en la forma
Fpeso
= mg = · V · g = · g · h · S
Siendo V el
volumen de la columna y r la densidad del líquido. Luego la presión debida al
peso vendrá dada por:
Ley de POISEVILLE
Consideremos ahora un fluido viscoso que circula en régimen laminar por
una tubería de radio interior R, y de longitud L, bajo la acción
de una fuerza debida a la diferencia de presión existente en los extremos del
tubo.
Sustituyendo F en la fórmula (1) y teniendo en cuenta que el área
A de la capa es ahora el área lateral de un cilindro de longitud L
y radio r.
El signo negativo se debe a que v disminuye al aumentar r.
1.
Perfil de velocidades
Integrando esta ecuación, obtenemos el perfil de velocidades en función
de la distancia radial, al eje del tubo. Se ha de tener en cuenta que la
velocidad en las paredes del tubo r=R es nula.
El flujo tiene por tanto un perfil de velocidades parabólico, siendo la
velocidad máxima en el centro del tubo.[9]
1.
Gasto
El volumen de fluido que atraviesa cualquier sección normal del tubo en
la unidad de tiempo se denomina gasto.
El gasto se hallará integrando
El gasto G es inversamente proporcional a la viscosidad h y varía
en proporción directa a la cuarta potencia del radio del tubo R, y es
directamente proporcional al gradiente de presión a lo largo del tubo, es decir
al cociente (p1-p2)/L.
El gasto se puede expresar G=πR2<v>, donde <v>
es la velocidad media del fluido
PRINCIPIO DE PASCAL
La presión aplicada a un fluido contenido en un
recipiente se transmite íntegramente a toda porción de dicho fluido y a las
paredes del recipiente que lo contiene,siempre que se puedan despreciar las
diferencias de presión debidas al peso del fluido. Este principio tiene
aplicaciones muy importantes en hidráulica.
La superficie superior de un líquido en reposo situado
en un recipiente abierto siempre será perpendicular a la fuerza total que actúa
sobre ella. Si la gravedad es la única fuerza, la superficie será horizontal.
Si actúan otras fuerzas además de la gravedad, la
superficie "libre" se ajusta a ellas. Por ejemplo, si se hace girar
rápidamente un vaso de agua en torno a su eje vertical, habrá una fuerza
centrífuga sobre el agua además de la fuerza de la gravedad, y la superficie
formará una parábola que será perpendicular en cada punto a la fuerza
resultante.
Cuando la gravedad es la única fuerza que actúa sobre
un líquido contenido en un recipiente abierto, la presión en cualquier punto
del líquido es directamente proporcional al peso de la columna vertical de
dicho líquido situada sobre ese punto. El peso es a su vez proporcional a la
profundidad del punto con respecto a la superficie, y es independiente del
tamaño o forma del recipiente.
La presión varía con la altura.[10]
Así, la presión en el fondo de una tubería vertical
llena de agua de 1 cm de diámetro y 15 m de altura es la misma que en el fondo
de un lago de 15 m de profundidad.
PRINCIPIODE ARQUÍMEDES
El segundo principio importante de la estática de
fluidos fue descubierto Arquímedes. Cuando un cuerpo está total o parcialmente
sumergido en un fluido en reposo, el fluido ejerce una presión sobre todas las
partes de la superficie del cuerpo que están en contacto con el fluido. La
presión es mayor sobre las partes sumergidas a mayor profundidad. La resultante
de todas las fuerzas es una dirigida hacia arriba y llamada el empujesobre
el cuerpo sumergido.
Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido
es empujado hacia arriba con una fuerza que es igual al peso del fluido
desplazado por dicho cuerpo.[11]
Empuje y fuerza ascencional:
E: Empuje (N)
Fa: Fuerza ascencional (N)
Esto explica por qué flota un barco muy cargado; su
peso total es exactamente igual al peso del agua que desplaza, y esa agua
desplazada ejerce la fuerza hacia arriba que mantiene el barco a flote.
El punto sobre el que puede considerarse que actúan
todas las fuerzas que producen el efecto de flotación se llama centro de
flotación, y corresponde al centro de gravedad del fluido desplazado. El
centro de flotación de un cuerpo que flota está situado exactamente encima de su
centro de gravedad. Cuanto mayor sea la distancia entre ambos, mayor es la
estabilidad del cuerpo.
LEY DE STOKES
La Ley de Stokes se refiere
a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el
seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds.
Fue derivada en 1851 por George Gabriel Stokes tras resolver un caso particular
de las ecuaciones de Navier-Stokes. En general la ley de Stokes es válida en el
movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas. La
ley de Stokes puede escribirse como: donde R es el radio de la esfera, v su
velocidad y η la viscosidad del fluido.
La condición de bajos
números de Reynolds implica un flujo laminar lo cual puede traducirse por una
velocidad relativa entre la esfera y el medio inferior a un cierto valor
crítico. En estas condiciones la resistencia que ofrece el medio es debida casi
exclusivamente a las fuerzas de rozamiento que se oponen al deslizamiento de
unas capas de fluido sobre otras a partir de la capa límite adherida al cuerpo.
La ley de Stokes se ha comprobado experimentalmente en multitud de fluidos y
condiciones.
Si las partículas están
cayendo verticalmente en un fluido viscoso debido a su propio peso puede
calcularse su velocidad de caída o sedimentación igualando la fuerza de
fricción con el peso aparente de la partícula en el fluido.
Para los objetos muy
pequeños domina la fuerza de rozamiento. La ley de Stokes nos da dicha fuerza
para una esfera:
Fr = 6πηvr
en donde r es el radio de la
esfera.
Cuando una disolución
precipita, la velocidad de sedimentación está determinada
por la ley de Stokes y vale:
v = 2r . 2 . (ρ0 − ρ) . g
9η.
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