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Ángulo de tracción: el movimiento normal, supone realizar cambios de lugar de determinadas palancas óseas, valiéndose de contracciones musculares regulares y convenientemente coordinadas, bajo la dirección de un centro que gobierna el movimiento, el sistema nervioso central. Así los huesos, articulaciones, ligamentos y músculos se someten en la movilización a los esfuerzos de tracción, compresión, flexión y torsión. Los movimientos coordinados son la consecuencia de procesos anteriores de adquisición. Desde los primeros movimientos elementales del lactante a los movimientos complejos de adulto, se ha pasado un largo periodo de aprendizaje, en el que se ha realizado el proceso de adquisición. Después, cuando los movimientos se adaptan a una acción determinada o a circunstancias especiales, intervienen nuevos factores tales como el hábito, la atención, la destreza, la agilidad que constituyen el aprendizaje especial de cada actividad. Para lograr una mayor eficacia en el trabajo muscular es preciso estudiar el ángulo de tracción como la base fundamental de la actividad de las palancas del cuerpo humano. Cuando el ángulo de tracción es menor, la eficacia muscular disminuye, ya que gran parte de la fuerza ejercida por éste músculo se pierde debido a que se utiliza para traccionar el hueso de inserción hacia la articulación que representa el fulcro o punto de apoyo. Ésta aproximación de las superficies articulares ejercen un efecto estabilizador sobre la articulación, que es mayor cuando la dirección de la tracción del músculo es longitudinal, es decir, que el eje longitudinal del hueso de inserción se encuentra en el mismo plano que el eje del músculo. La eficacia mecánica se reduce también, cuando el ángulo de inserción se aproxima al ángulo recto. En éste caso, la articulación se convierte en menos estable a medida que aumenta el ángulo. Considerando antes lo expuesto, se puede afirmar que el ángulo de tracción de mayor eficacia es cuando el músculo se halla en ángulo recto con relación a la palanca. Eficacia de una resistencia: la tracción efectiva de una fuerza que ofrece resistencia será también máxima cuando se aplique en ángulo recto con relación a la palanca, y disminuirá a medida que el ángulo de tracción se convierta en un ángulo obtuso. Puede aplicarse una fuerza que ofrezca resistencia a alguna de las palancas mediante una cuerda a través de la mano del fisioterapeuta. El efecto de esta fuerza de resistencia es máximo cuando se aplica en ángulo recto al hueso que debe moverse. Durante el curso de un movimiento, cuando es necesario variar el ángulo de tracción, se utiliza la tracción en ángulo recto en aquella parte en que se requiere la máxima resistencia. Esta coincide generalmente con la parte en que más eficaz la tracción de los músculos en acción. TORQUE ¿En cuál de estas dos situaciones se necesitaría generar más fuerza con los músculos flexores de hombro para mantener la posición? Ante una misma tensión muscular, el músculo sartorio tiene más capacidad para producir flexión de rodilla … ¿en posición neutral o en flexión de rodilla?
Para poder responder a estas preguntas es imprescindible que conozcamos el concepto de ‘torque’. El ‘torque’ determina qué tan eficaz es una fuerza para provocar o modificar el movimiento rotacional. Esto quiere decir que una misma fuerza podría generar más o menos rotación sobre una palanca dependiendo de la relación que guarde con ésta. Por ejemplo, la fuerza que genera la mancuerna (atraída por la gravedad) sobre nuestro sistema de palancas oseo es la misma en la posición de flexión de 90º de hombro que en la de 180º, ahora bien, es más “eficaz” generando rotación en la posición de 90º de flexión de hombro. Dicho de otro modo, la misma fuerza (en este caso el peso de la mancuerna) genera más ‘torque’ en la posición de 90º de flexión de hombro. Por tanto, ¿de qué depende el ‘torque’? De dos factores, de la cantidad de fuerza (evidentemente) y del ‘brazo de momento’. Algebraicamente sería, Y ¿qué es el ‘brazo de momento’? Es la distancia que existe entre la ‘línea de acción’ de esa fuerza y el eje de rotación. Primero, debemos tener en cuenta que la ‘línea de acción’ de una fuerza es infinita y tiene la misma dirección que el vector de fuerza. Para calcular gráficamente el ‘brazo de momento’ debemos conocer la ‘línea de acción’ de la fuerza. A partir de aquí, hemos de crear una línea perpendicular a esa ‘línea de acción’ (creando un ángulo de 90º) que pase por el eje de rotación. De la ecuación que hemos visto podemos deducir que cuanto mayor sea el ‘brazo de momento’ mayor será el torque (mayor “fuerza rotacional”). Para los entrenadores o fisioterapeutas es fundamental tener este concepto claro ya que el movimiento humano involucra rotación de diferentes segmentos corporales alrededor de las articulaciones. Los músculos generan ‘torques internos’ ya que son fuerzas relacionadas con ejes articulares, la fuerza de la gravedad que afecta a nuestros segmentos óseos también acaba generando ‘torques’, todos los ejercicios que estamos prescribiendo generan torques sobres las articulaciones y la respuesta neuromuscular depende en gran medida de estos. Si aplicamos estos conceptos relacionados con el ‘torque’ a las situaciones que hemos visto al principio nos encontramos con lo siguiente: En flexión de 90º de hombro se genera mucho más torque que en 180º de flexión. Vamos a hacerlo con cifras orientativas para que se vea más fácil. En 90º de flexión de hombro nos encontraríamos con 0,6 metros de brazo de momento y 100N de fuerza (una mancuerna de 10kg). Si tenemos en cuenta la ecuación de: Torque = brazo de momento x fuerza; Torque = 0,6 x 100 = 60 N·m
Torque El torque ( T ) o momento de fuerza representa aquella fuerza que se imparte sobre una palanca u objeto/barra rígida (e.g. un segmento corporal que se mueve alrededor de su articulación), la cual produce un movimiento rotatorio (angular). En otras palabras es la "fuerza rotatoria" o magnitud del giro alrededor de un centro de rotación. Esto implica que el torque es la fuerza que se require para poder inducir un efecto angular sobre un radio o palanca. El torque es una cantidad vectorial, de manera que posee las propiedades de magnitud, cantidad y dirección. La magnitud es representada por la cantidad de la magnitud de la fuerza multiplicado por la magnitud del torque o momento de fuerza. La dirección puede ser positiva o negativa. Por ejemplo, una dirección a favor de las manecillas del reloj es considerado negativo (-), mientras que una dirección en contra de las manecillas del reloj es considerado positivo (+). Un torque produce una aceleración angular en un objeto (o segmento corporal) alrededor de un eje de rotación (e.g., eje articular). El torque también se conoce con otros nombres, tales como brazo de fuerza, momento de fuerza, brazo de palanca y radio de rotación. Las unidades de medida para el torque pueden ser "pies-libras" o "pulgadas-libras" en el sistema Inglès. En el sistema métrico, el torque se mide en "Newton-metros". En términos cuantitativos, el torque se define como el producto de la magnitud de la fuerza y su distancia perpendicular ( ) desde la dirección (línea de acción) de la fuerza hasta el punto de pivote (intersectando el eje de rotación). La expresión algebráica de torque se describe como sigue: T = F x d donde: T = Torque F = Fuerza d = BF ó BR = Distancia perpendicular entre la línea de acción de la fuerza o resistencia y el eje de rotación Debido a que el torque se afecta por el ángulo formado con la palánca, éste también puede definirse como: T = d x F seno ( ) donde: T =Torque d = BF ó BR F = Fuerza seno ( ) = seno de ángulo Por ejemplo, a nivel de la articulación del codo, si se extiende éste, se reduce la magnitud del Brazo de Fuerza. Consecuentemente, la misma fuerza muscular produce menos torque. Componentes del Torque La palanca o bárra rígida es un constituyente esencial del torque. Sobre esta barra se encuentra un punto donde se encuentra la resistencia y otro donde se aplica la fuerza. Obviamente, existe un eje o punto de rotación. La distancia que se encuentra entre el punto de pivote y la resistencia y de la fuerza se conocen como brazos de resistencia y de fuerza, respectivamente. Esto quiere decir que puede haber, también, un torque de resistencia y uno de fuerza. No obatante, la resistencia puede considerarse también como un tipo de fuerza, ya que representa la que ejerce la fuerza de gravadad sobre una masa o peso. Basado en el principio de las palancas, el torque posee los siguientes constituyentes: El fulcro ( E ). Es el punto de apoyo donde pivotea la palanca o eje de rotación. Las articulaciones corporales representa los ejes. Aplicación de la fuerza ( F ). Representa el punto donde se aplica la fuerza a la palanca. En el organismo humano, la fuerza resulta de la tensión que producen los músculos esqueleticos durante su acción (contracción) muscular. La fuerza se describe como un vector con una línea de aplicación (i.e., es la línea teórica representada por la flecha que va en cualquier dirección). Por lo tanto, la línea de acción de los músculos esqueléticos es el lugar donde se produce la fuerza. Puesto que el torque es un vector, éste posee las siguientes características: Magnitud : Se refiere a cuan grande es la fuerza Dirección : Se refiere a donde se dirige la fuerza Línea de acción : Es la línea teórica representada por la flecha que va en cualquier dirección Punto de aplicación : Lugar donde se aplica la fuerza a la palanca. Punto de aplicación de la resistencia ( R ) : Esto es el peso que se va a mover. Puede ser el centro de gravedad del segmento que se mueve o una masa (peso) externa que se le añade a la palanca o una combinación de ambos. En el caso de la fuerza de tracción gravitacional, se produce una fuerza resistiva producida por la tracción de la gravedad sobre una parte del cuerpo, la cual es designada como el centro de masa o de gravedad.
Brazo de Resistencia ( BR) o Torque de Resistencia (TR) : Cuando dos fuerzas opuestas actúan en conjunto para producir rotaciones en direcciones opuestas, una de las fuerzas comunmente se designa como la Resistencia de la fuerza ( R ). En este último caso, el brazo de fuerza se conoce como Brazo de Resistencia (BR ). La distancia perpendicular ( ) entre la línea (vector) de la resistencia o peso y el eje de rotación se designa como Torque de Resistencia ( TR ) o Brazo de Resistencia ( BR ). Cuando el torque generado por la fuerza muscular es capaz de producir un movimiento en contra de la gravedad o contra cualquier otra fuerza externa, la Fuerza (F) y el Brazo de Fuerza (BF) son designadas por el músculo, mientras la la Resistencia (R) y el Brazo de Resistencia (BR) se identifica con la fuerza de gravedad u otra fuerza opuesta. En otras palabras, el Brazo de Resistencia (o fuerza resistiva) representa la distancia perpendicular desde el eje de rotación hasta el punto del objeto que representa el centro de gravedad (o de peso). Para el método gráfico, se utiliza la siguiente fórmula de torque: TR = d x R, ó TR = R x BR donde: TR = Torque de resistencia R = La Resistencia aplicada perpendicular al brazo de resistencia BR ó d= Brazo de resistencia (o de radio) distancia Por otro lado, mediante el método trigonométrico, el torque de resistencia puede ser estimado a base de la siguiente ecuación: T = d x R seno ( ) Donde: T = Torque de Resistencia (pulg-lb ó Nm) R = Resistencia o Peso Total del Sistema d = BR = Distancia perpendicular entre el centro de gravedad del segmento o palanca (peso) y la línea de tracción desde el eje de la articulacióna seno ( ) = Seno del ángulo articular. Brazo de Fuerza ( BF ), Brazo de Momento (BM), Brazo de Torque (BT) o Torque de Fuerza (TF) : La distancia perpendicular ( d) que se encuentra entre el punto de pivote (eje/centro de rotación de una articulación) y el punto de aplicación de la fuerza (línea de acción que resulta de la contracción muscular) (ó BF). Aisladamente, cuando un músculo esquelético se contrae, genera una tensión/fuerza de naturaleza lineal. Por ejemplo, a nivel de la articulación humero-ulnar (codo), el Brazo de Fuerza (BF) se representa aquella distancia perpendicular que se encuentra entre la articulación del codo y la dirección de tracción que ejerce el bíceps braquial sobre el radio. Si la inserción del músculo fuera más cerca de la articulación, entonces se produciría menos fuerza debido a una reducción en la longitud del Brazo de Fuerza. Bajo esta situación, para poder generar un mayor torque se habrá de requerir la producción de alta tensión muscular. Para que una contracción muscular pueda provocar los movientos de las paláncas óseas (huesos), discha tensión muscular debe producir un torque mayor que el Torque opuesto o Torque de Resistecia. En esta situación, la contracción muscular se conoce conoce como concéntrica. Cuando el Torque de Resistencia es mayor y se produce movimiento, el músculo habrá de contraer de forma eccéntica. El torque de fuerza se puede expresar, también, matemáticamente como sigue: TF = F x d (de Fuerza) TF = F x BF donde: TF = Torque de fuerza F = La Fuerza aplicada perpendicular al brazo de fuerza BF = Brazo de fuerza (o de radio) distancia Debido a que los músculos trabajan en relación al tipo de movimiento que realiza una articulación, la tensión o fuerza que éstos producen dependerá del ángulo específico en que se encuentre el segmento corporal que se mueve en relación a la articulación. la distancia perpendicular desde la línea de acción del músculo hasta el centro de rotación localizado en una articulación dada. Cuando en un sistema de palancas (e.g., un segmento corporal), la línea de acción de la fuerza no se aplica a 90° del segmento, d no corresponderá a una distancia a lo largo de la palanca, pero sí estará ubicada en algún lugar (ángulo) en el espacio entre la línea de acción y el eje articular. Esta distancia se conoce como brazo de momento ( bm ). El brazo de momento se determina al medir la longitud de una línea perpendicular al vector de fuerza, intersectando el eje articular. Matemáticamente, el momento de fuerza se expresa en la siguiente ecuación:
Conocido : T = F x BT Solución : T = F x BT T = 5 lbs x 0.71 pies = 3.5 pies-lb Torque en el Cuerpo Humano La masa o peso de un segmento (extremidad) del cuerpo representa la fuerza (por la gravedad). No puede ser alterada instantáneamente. El largo del brazo de torque puede ser cambiado en relación al eje de rotación. Esto implica que esta es la única forma en que pueda ser alterado el torque de un segmento por el factor de la fuerza de gravedad. Esto se lleva a cabo moviendo un segmento corporal, de manera que la línea de fuerza del peso se acerque o se aleje del eje de rotación. Por ejemplo, las etapas en las sentadillas ("situps") .Comparando el torque por la fuerza de gravedad en el tronco cuando el tronco se levanta 30° del suelo con el torque. Durante este proceso, se reduce el torque gravitacional debido a que la línea de torque se acerca al eje de rotación. Con referente al torque producido por las fuerzas musculares en los segmentos/extremidades corporales rotando, el brazo de torque dependerá del (1) punto de insersión del músculo y de la posición del segmento/extremidad corporal a cualquier punto en un movimiento dado. Esto se refiere a los ángulos en que se encuentra. La magnitud de la fuerza del músculo contribuyendo al torque cambia también conforme cambia el ángulo de trácción. Suma de Torques (o Momentos) La suma de 2 ó más torques (o momentos) puede resultar en: Ausencia de movimiento. Por ejemplo, cuando las fuerzas paralelas son suficientes para contrerestar/sobrellevar la resistencia de un objeto. Movimiento lineal. Por ejemplo, dos niños balanceandose en un sube y baja. Movimiento rotatorio. Por ejemplo, cuando fuerzas paralelas iguales y opuestas son ejercidas en lados opuestos del eje de rotación. Esto se conoce como fuerzas acopladas. Un ejemplo práctico es manejando un auto, cuando ambas manos so utilizadas en los lados opuestos del guía. Cuando fuerzas paralelas eccéntricas son aplicadas en la misma dirección en lados opuestos del centro de rotación de un objeto puede ocurrir la ausencia de movimiento o un movimiento lineal. Principio de los torques (o momentos). Se incluye el principio de la suma de los torques (o momentos). Este postula que el torque (o momento) resultante de un sistema de fuerza debe ser igual a la suma de los torques (o momentos) de las fuerzas individuales de un sistema en el mismo punto. Se caaracterísticas por tener magnitud y dirección. La dirección de la rotación puede ser a favor de las manecillas del reloj (negativo) o en contra de las manecillas del reloj (positivo). Los posibles efectos son: Ausencia de movimiento : Ocurre cuando la suma de los torques (o momentos) en contra de las manecillas del reloj es igual a la suma de los torques (o momentos) a favor de las manecillas del reloj. En otras palabras, la suma de los torque (o momentos) de todas las fuerzas en cualquier punto en relación al eje equivale a cero. Movimiento/efecto rotatorio (torque) : Ocurre cuando la suma de los momentos a favor de las manecillas del reloj no es igual a la suma de los momentos en contra de las manecillas del reloj. El torque será el resultado de la diferencia entre las dos fuerzas opuestas y en dirección de la fuerza mayor. MÁQUINAS SIMPLES Concepto La máquina es un dispositivo que permite a una fuerza aplicada vencer una resistencia determinada. Utilidad/Importancia/Función El uso de una máquina halla su indicación cuando la intensidad de la fuerza aplicada es menor que la resistencia que debe vencerse, o bien para permitir que la fuerza se aplique en forma más conveniente.
Palancas Concepto La palanca es un tallo rígido capaz de moverse alrededor de un punto denominado fulcro (F). El trabajo se realiza cuando Una fuerza o esfuerzo (E), aplicada a un punto de la palanca, actúa sobre otra fuerza o peso (P), ejerciendo su acción sobre un segundo punto de la palanca. Componentes Como fue previamente discutido, las palancas se componen de: Brazo de esfuerzo o de Fuerza (BE ó BF) : Es la distancia perpendicular desde el fulcro al punto de esfuerzo (E) o fuerza (F). Brazo de resistencia o peso (BR) : Es la distancia desde el fulcro al punto de peso (P) se considera como brazo de peso. Ejemplo en el Cuerpo El hueso representa una de las palancas del cuerpo, capaz de movimiento alrededor de un fulcro formado en las superficies articulares de un juntura. El esfuerzo que mueve la palanca es suministrado por la fuerza de la contracción muscular, aplicada en el punto de su inserción en el hueso, mientras que el peso puede estar en el centro de gravedad de la parte que debe moverse o del objeto que debe elevarse. Tipos/Clases de Palancas Existen tres géneros o clases de palancas, cada uno de los cuales se caracteriza por las relativas posiciones del fulcro, esfuerzo y peso. Primer género. El fulcro se halla entre el esfuerzo y el peso. Puede estar situado en la parte central, o hacia el lado del esfuerzo o del peso, con lo que los dos brazos de peso y de esfuerzo pueden ser iguales o uno de ellos puede ser más largo que el otro. Segundo género. El peso se halla entre el fulcro y el esfuerzo. Esto implica que el brazo de esfuerzo es siempre más largo que el brazo de peso. Tercer género. El esfuerzo se halla entre el fulcro y el peso. Esto implicación que el brazo de peso es siempre más largo que el brazo de esfuerzo. Ventaja Mecánica Concepto Representa la eficacia de una fuerza con relación a una palanca (la relación del peso al esfuerzo). Su fórmula/Cálculo es la siguiente: V. M. =
BF
BR
Donde: V.P. = Ventaja mecánica. BF = Braz de Fuerza. BR = Brazo de Resistencia. Ejemplo Problema : Determinar la ventaja mecánica. Dado : BF = 20 m. kg BR = 5 m. kge Conocido : V. M. =
BF
BR
Solución :
amplitud del movimiento. Tanto en los tiempos del hombre primitivo como en los modernos, se ha demostrado que la rapidez y la amplitud del movimiento son mucho más útiles que la potencia. Ejemplos. Cuando la palanca es el antebrazo, el fulcro se halla en la articulación del codo, y cuando el esfuerzo es realizado por el músculo bíceps y el peso es algún objeto sostenido en la mano, podrá observarse que una pequeña contracción muscular se traducirá en un movimiento mucho más extenso y rápido de la mano. Otro ejemplo simple esla acción de los musculos posterioresdel muslo al flexionar la rodilla. Palancas del Hogar y de Trabajo En los instrumentos y utensilios domésticos pueden observarse muchos ejemplos de palancas. Ejemplos de Palancas de Primer Género La balanza, la máquina de coser y una barra usada como alzaprima. La tijera está constituida por palancas gemelas de este tipo con un fulcro común. Ejemplos de Palancas de Segundo Género El carretón de una rueda y es digno de observar que cualquier puerta es más fácil de abrir cuanto más alejado se halle el puño de los goznes. Ejemplos de Palancas de Tercer Género La palanca de tercer género está representada por un hombre sosteniendo una larga escalera con su pie apoyado contra la pared, o por las pinzas de azúcar, que son dobles palancas de este género. Aplicaciones para la Prescripción de Ejercicio La cantidad de contracción muscular requerida durante el ejercicio puede ser modificado para acomodar las necesidades individuales mediante la alteración de la resistencia y/o el brazo de resistencia, de manera que cambie el Torque de Resistencia. Por ejemplo, el torque de resistencia puede ser incrementado con el usos de pesos externos, lo cual requiere contracciones musculares más fuertes. El torque de resistencia también puede ser modificado al cambiar la posición de los segmentos corporales.
