EIEFD
Asignatura: Biomecánica.
Clase # 2

Tema No. I:     EL HOMBRE COMO SISTEMA BIOMECÁNICO.
Semestre: 20
Año: 20
Tiempo: 90 min.
Tipo de clase: Conferencia; El hombre como sistema biomecánico.

1.	Pase de lista. (Asistencia).
2.	Rememoración de los aspectos tratados en la clase anterior. Hacer énfasis en aquellos donde se observan mayores dificultades.
3.	Control del trabajo independiente. Evaluación del contenido.
4.	Resultados del mismo. (Breve análisis acerca de cómo respondieron, o sea como asimilaron los contenidos evaluados). Preguntas de consolidación de los contenidos que se comprobarán en clases posteriores.
5.	Aclaración de cualquier tipo de duda.

6.	Sumario:
•	Leyes de la Mecánica aplicadas al estudio de los movimientos del cuerpo humano.
•	Estructura y propiedades del sistema biomecánico.
•	Biodinámica de los músculos.
•	Propiedades mecánicas de los músculos. 
•	Mecánica de la contracción muscular. 
•	Acción mecánica de los músculos. 
•	Interacción muscular en grupos. 
•	Acciones de apoyo y de trabajo interno.
7.	Objetivo:
•	Concebir al hombre como un sistema biomecánico.
Introducción:
Los movimientos del hombre dependen en gran medida de la estructura de su cuerpo y de sus propiedades. La extrema complejidad de la estructura y la variedad de las propiedades del cuerpo humano, por una parte, hacen muy complejos los movimientos mismos y su dirección1. No obstante, por otra parte, posibilitan una inigualable riqueza, una variedad de movimientos que, hasta el momento, no ha sido lograda en su conjunto ni por la máquina más perfecta.
La biomecánica estudia en el cuerpo humano, en su aparato locomotor, preferentemente aquellas particularidades de la estructura y funciones que tienen importancia para el perfeccionamiento de los movimientos2.
Las características biomecánicas son las medidas del estado mecánico del biosistema y de su variación.
Las características cuantitativas se miden o se calculan: tienen valor numérico y expresan la relación de una medida con otra.
Las características cualitativas se describen generalmente de forma oral, sin una medida cuantitativa exacta( intensamente, libremente, a saltos, regularmente, etc.)

CARACTERÍSTICAS CINEMÁTICAS:
•	La cinemática de los movimientos humanos determina la geometría (forma espacial) de los movimientos y su variación en el tiempo, sin tener en cuenta las masas ni las fuerzas actuantes. La dinámica es quien pone en claro las causas del surgimiento y de la variación de los movimientos.
•	¿Qué posibilidades ofrecen las características cinemáticas?
•	Ofrecen la posibilidad de comparar las dimensiones del cuerpo y de sus miembros, así como las particularidades cinemáticas de los movimientos de diferentes posturas; la individualización de la técnica de los deportistas, búsqueda de las particularidades de los movimientos que resultan óptimos y para ello depende en mucho de la consideración de estas características.

CARACTERÍSTICAS ESPACIALES:
•	Permiten determinar las posiciones, ejemplo posición inicial y la final para un movimiento según las coordenadas y las trayectorias.
•	Los movimientos del hombre se pueden analizar analizando su cuerpo como un punto material, como un cuerpo rígido o como un sistema de cuerpos.

COORDENADAS DEL PUNTO, DEL CUERPO Y DEL SISTEMA DE CUERPOS.
-	Las coordenadas de un punto son la medida espacial de la situación del punto respecto a un sistema de referencia. La situación de un punto se determina conociendo sus coordenadas .
-	En ocasiones resulta cómodo utilizar las coordenadas angulares y a partir de ellas establecer la postura del cuerpo como disposición recíproca  de sus miembros.
-	Al estudiar el movimiento, se hace necesaria determinar :
1.La posición inicial.
2.La posición final.
3.Una serie de posiciones intermedia.

TRAYECTORIA DEL PUNTO.
-	La trayectoria  del punto es la característica espacial del movimiento: es el lugar geométrico de las situaciones del punto que se mueve en el sistema de referencia que se analiza. De la trayectoria se determina su longitud, curvatura y orientación en el espacio, así como el desplazamiento.
-	La trayectoria es una línea continua que representa la huella del punto que se mueve.

DESPLAZAMIENTO:
-	Determina la amplitud y el sentido del movimiento.
-	Desplazamiento angular del cuerpo se determina por el ángulo de giro. Fig. 2.4c  .

CARACTERÍSTICAS TEMPORALES:
-	Las características temporales ponen al descubierto el movimiento en el tiempo: cuándo comenzó y cuándo terminó, cuánto duró, cuántas veces se ejecutó ( tempo ), cómo se estructuraron en el tiempo ( ritmo ).

INSTANTE:
-	El instante (t) se determina por el intervalo del tiempo transcurrido desde el comienzo de referencia hasta él (t) = T
Ejemplo: Al separarse el pie del apoyo en la carrera; este es el instante en que finaliza la fase de despegue y comienza la fase de vuelo.

TEMPO:
-	Es la medida temporal de la repetición de dichos movimientos. Se mide por la cantidad de movimientos que se realizan en la unidad de tempo. ( frecuencia de los movimientos ).

RITMO;
-	Es la medida temporal de la correlación entre las partes de los movimientos. Se determina por la correlación entre la duración de las partes del movimiento. 
Ejemplo: la correlación entre el tiempo de apoyo y el tiempo de vuelo en la carrera.

CARACTERÍSTICAS ESPACIO-TEMPORALES:
-	Determina cómo varían las posiciones y los movimientos del hombre en el tiempo, con qué rapidez el hombre varía su situación (velocidad) y sus movimientos (aceleración).

VELOCIDAD DEL PUNTO Y DEL CUERPO:
-	La velocidad del punto es la medida espacio-temporal de su movimiento (la rapidez de variación de su situación).

-	La velocidad del punto se determina por la variación de sus coordenadas en el tiempo. Es una magnitud vectorial y caracteriza la rapidez del movimiento, su dirección y sentido.
-	Analizar velocidad instantánea.
-	La velocidad del cuerpo se determina por la velocidad de sus puntos. En el movimiento de traslación del cuerpo las velocidades lineales de todos sus puntos son de igual magnitud y sentido. En el movimiento de rotación la velocidad angular de la posición del cuerpo.
   desplazamiento angular respecto al tiempo.
-	Explicar brevemente la relación : 
-	Hacer ver que un cuerpo considerado rígido puede simultáneamente rotar y trasladarse.
-	Discutir si el cuerpo no se puede considerar rígido o es un sistema de cuerpos que varíe su configuración.

ACELERACIÓN DEL PUNTO Y DEL CUERPO:
-	Se denomina aceleración del punto a la medida espacio-temporal de la variación del movimiento del punto, o sea, la rapidez de variación del movimiento cuando varía la magnitud o la dirección de la velocidad o ambas.
, variación de la velocidad respecto al tiempo.
-	La aceleración es una magnitud vectorial que caracteriza la rapidez de variación de la velocidad en lo que respecta a su magnitud y dirección, en un instante dado.
-	El vector aceleración puede descomponerse en :
a)Aceleración tangencial, dirigida a lo largo de la tangente a la trayectoria en un punto dado.
b)Aceleración normal, dirigida según el radio de curvatura y su sentido es hacia el centro de curvatura.
-	La aceleración angular del cuerpo se define como la medida de la rapidez de variación de su velocidad angular:

-	Destacar las relaciones :

-	La relación entre la aceleración lineal de cada punto del cuerpo en rotación y su radio es igual a la aceleración angular  en radianes por segundo. Es la misma para todos los puntos del cuerpo en rotación:

“La aceleración lineal de cualquier punto del cuerpo en rotación es de igual magnitud que se aceleración angular multiplicada por el radio de rotación en este punto.”

CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS:
1. Inerciales. Particularidades del cuerpo humano y de los objetos.
2.Las de fuerza. Particularidades de la interacción entre los miembros del cuerpo y otros cuerpos.
3.Las energéticas. Estado y capacidad de trabajo de los sistemas biomecánicos.

CARACTERÍSTICAS INERCIALES:
•	1ra.Ley de Newton: todo cuerpo conservará su estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme mientras fuerzas externas aplicadas a él no le hagan variar ese estado.

•	Si no está sometido a la acción de fuerzas externas, cualquier cuerpo mantendrá invariable su velocidad. Esta propiedad “la inercia”, no tiene medida en su sentido abstracto. Pero los diferentes cuerpos al reaccionar de manera diferente ante la acción de las fuerzas, hacen posible medir esta propiedad.

•	La inercia, es la propiedad de los cuerpos físicos que se pone de manifiesto en la variación gradual de la velocidad en el transcurso del tiempo bajo la acción de las fuerzas.

MASA DEL CUERPO:
•	La masa del cuerpo es la medida de la inercia del cuerpo en movimiento de traslación. Se mide por la relación de la    

2da. LEY DE NEWTON:
•	La variación del movimiento es directamente proporcional a la resultante de las fuerzas actuantes y se produce en el sentido en que está aplicada esta fuerza.
•	La fuerza no es la causa del movimiento, sino la causa de la variación del estado de movimiento.

PARA ESTUDIOS INDEPENDIENTE: Centro de masa, centro de inercia y centro de gravedad.  pág. 39 del Zatsiorski.

MOMENTO DE INERCIA DEL CUERPO:
•	Es la medida de la inercia del cuerpo en movimiento de rotación. El momento de inercia del cuerpo respecto al eje es igual a la suma de los productos de las masas de todos los puntos materiales del cuerpo por los cuadrados de sus distancias hasta el eje dado.
•	En el sistema deformable de cuerpos, cuando sus partes se alejan del eje de rotación, se incrementa el momento de inercia del sistema. Disminuye la aceleración angular.
•	Como los puntos materiales en el cuerpo están situados a diferentes distancias del eje de rotación, resulta cómodo introducir el concepto de radio de inercia.
•	El radio de inercia del cuerpo es la medida comparativa de la inercia del cuerpo respecto a diferentes ejes. Se mide por la raiz cuadrada de la relación entre el momento de inercia ( respecto al eje dado) y la masa del cuerpo. 
FUERZA Y MOMENTO DE UNA FUERZA:
•	“La fuerza es la medida de la acción mecánica de un cuerpo sobre otro. Numéricamente está determinada por el producto de la masa del cuerpo por su aceleración, provocada por esta fuerza :  
•	3ra.Ley de Newton. Para cada acción siempre existe una reacción de igual magnitud, pero de sentido contrario. Esta ley es sólo válida para los sistemas inerciales de referencia, cuando estamos en presencia de sistemas no inerciales, además de la interacción de los cuerpos hay que tener en cuenta fuerzas ficticias de inercia.
•	En los movimientos del hombre, donde todos los movimientos de las partes del cuerpo son de rotación, la variación del movimiento de rotación no depende de la fuerza, sino del momento de la fuerza.
•	Se denomina momento de una fuerza a la medida de la acción de rotación de una fuerza sobre un cuerpo. Se determina por el producto de la fuerza por su brazo: 
•	Explicar el signo convencional del momento de acuerdo con la rotación a  la izquierda o a la derecha.(+) o (-).
•	Impulso de una fuerza :Se denomina impulso de una fuerza a la medida de la acción de la fuerza sobre el cuerpo en un determinado intervalo de tiempo ( en el movimiento de traslación). 
El impulso de la fuerza determina la variación de la velocidad:.
•	En el movimiento de rotación el momento de una fuerza, al actuar en el transcurso de tiempo determinado, origina el impulso del momento de la fuerza.
•	Se denomina impulso del momento de una fuerza a la medida de la acción del momento de una fuerza respecto a un eje durante un intervalo dado de tiempo (en el mov. de rotación).

•	Como resultado del impulso se originan variaciones del movimiento, que dependen de las propiedades inerciales del cuerpo y que se pone de manifiesto en la variación  de la velocidad:
                     
•	   El momento cinético es la medida del movimiento de rotación del cuerpo : 
•	   Bajo la acción del impulso del momento de una fuerza se produce la variación del momento cinético: 

De estudio independiente CARACTERÍSTICAS ENERGÉTICAS. Pág.46-49 del Zatsiorski.

•	Como conocemos, los movimientos del hombre dependen en gran medida de la estructura de su cuerpo y de sus propiedades. La Biomecánica sin detenerse en los detalles de la estructura anatómica y de los mecanismos fisiológicos del aparato locomotor, analizan un modelo simplificado del cuerpo humano: el sistema biomecánico. Este sistema es una copia simplificada, un modelo del cuerpo humano en el cual se pueden estudiar las leyes de los movimientos.
•	El sistema biomecánico del cuerpo humano está formado por cadenas biomecánicas. Las múltiples partes del cuerpo, unidad de manera móvil, forman las cadenas biocinemáticas. A ellas están aplicadas fuerzas (cargas) que provocan deformaciones de los miembros del cuerpo y variaciones del movimiento de dichos miembros.
•	En los mecanismos vivos, las formas de unión de las partes del cuerpo en las cadenas biocinemáticas no determinan totalmente las posibilidades de los movimientos. La participación muscular en la dirección de los movimientos hace que las uniones de los miembros sean capaces de efectuar distintos movimientos. Los músculos determinan los movimientos de las palancas óseas.

 
PARES Y CADENA BIOCINEMÁTICAS:
Un par biocinemático  es la unión móvil de dos miembros óseos, en la cual las posibilidades de los movimientos están determinados por la estructura de esa unión y por la influencia de dirección de los músculos.

En los pares biocinemáticos existen condiciones de ligaduras constantes, que son las que determinan cuántos y cuáles serán los grados de libertad del movimiento. Casi todos los de rotación (articulaciones) y solamente movimientos helicoidales de la articulación de tobillo.
La cadena biocinemática es la unión sucesiva, ya sea abierta o cerrada, de una serie de pares biocinemáticos. Fig. 3.1 Pág. 52.

CADENAS BIOCINEMATICAS
ABIERTAS
1.Tienen un miembro final libre.
2.Es posible el movimiento aislado de uno de sus miembros.
3.Pueden convertirse en cerradas.
4.Poseen gran movilidad.	CERRADAS
1.No lo tienen.
2.Cuando se mueve un miembro, se mueven todos.
3.Algunos tipos no pueden abrirse.
4.Logran una dirección precisa.	

LOS MIEMBROS DEL CUERPO COMO PALANCAS Y PÉNDULOS:
El esqueleto humano, como estructura soporte del aparto locomotor, está compuesto por huesos unidos en forma móvil, es decir, componiendo pares cinemáticos y constituyendo la base rígida de las cadenas biocinemáticas, de modo que cada uno de ellos puede ser considerado como una palanca ósea y de esta forma, la cadena biocinemática como un sistema de palancas compuestas, cuya función consiste en transmitir las fuerzas y los movimientos a través de  la cadena.
Análisis de los tipos de palancas. Fig. 3.2 Pág. 55.

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MÚSCULOS:
La función principal del músculo consiste  en transformar la energía química en trabajo mecánico o fuerza. Los indicadores biomecánicos fundamentales que caracterizan la actividad del músculo son:
a)	La fuerza que se registra en su extremo ( fuerza de tracción muscular o tensión).
b)	La velocidad de variación de la longitud.
•	Cuando el músculo se excita, varía su estado mecánico, estas variaciones son denominadas contracciones. La contracción se manifiesta en la variación de la tensión o de la longitud del músculo (o de ambas), así como otras de sus propiedades mecánicas (elasticidad, rigidez, etc).
•	Los músculos son cuerpos físicos, poseen las propiedades de : elasticidad, viscosidad, relajación y escurrimiento.
•	Como objetos biológicos, poseen las propiedades de excitabilidad y contractilidad.

MECÁNICA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR:
•	Durante la excitación, se incrementa la fuerza de tracción del músculo. Si la magnitud de la tensión del músculo es igual a la resistencia externa, La longitud del músculo no varía. RÉGIMEN ISOMÉTRICO.
•	Si la tensión del músculo es diferente a la resistencia externa, la longitud del músculo varía. RÉGIMEN ANISOMÉTRICO.
•	Cuando la tensión del músculo es mayor a la resistencia externa, el músculo se acorta. RÉGIMEN MOTOR.
•	Si la tensión es menor que las fuerzas externas, el músculo se distiende, se alarga. RÉGIMEN RESISTENTE.

Las  características mecánicas de la contracción muscular dependen de la magnitud de la resistencia.  Cuando aumenta la carga (resistencia, peso) se producen tres variaciones:
1.	Se incrementa el período de latencia. Fig. 3.8 Pág.62 ( tiempo entre la estimulación del músculos y la aparición de una respuesta mecánica en su extremo).
2.	La magnitud de la variación del músculo (longitud) (acortamiento) disminuye.
3.	La velocidad del acortamiento decrece. Entre la fuerza de tracción (P) y la velocidad de variación de la longitud del músculo (v) tiene lugar una dependencia inversa., Fig. 3.9 Pág.63 . Esta dependencia puede ser descrita mediante la fórmula (P+a)(v+b)=(P0+a)b = constante. Donde P es la fuerza en el extremo del músculo.

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DEL SISTEMA BIOMECÁNICO:
Su rasgo  más característico es su carácter variable, tanto el número de miembros motores, como el grado de libertad de los movimientos, la composición de los grupos musculares y su interacción son variables.

CONCEPTO DE BIOSISTEMA:
•	Pueden considerarse los organismos íntegros (como un todo), lo órganos, tejidos, líquido, gases y también la agrupación o conjunto de organismos.

•	Los biosistemas pueden ser: 

1.	activos: como el sistema del aparato locomotor.
2.	pasivos: como la agrupación de órganos internos, tejidos blandos, líquidos y gases.

El sistema biomecánico se caracteriza por los procesos de la actividad motora. Las propiedades del sistema biomecánico permiten regular el suministro y el gasto de energía y dirigir los movimientos en condiciones variables, cuando varían las tareas motoras.

ESTUDIO INDEPENDIENTE:
Acción mecánica de los músculos. La fuerza y el resultado de la tracción muscular en grupo. Tracciones de trabajo y de apoyo de los músculos. Pág.64-68 Zatsiorski.

Resumen:

Breve comentario de los aspectos más importantes tratados en la conferencia, así como su aplicación práctica en los diferentes ejercicios o movimientos deportivos. Resaltar la importancia que tiene, la consideración del hombre como un sistema biomecánico para el estudio y análisis de sus movimientos, el dominio de la estructura de su sistema y sus propiedades. También, resaltar el papel decisivo de las cadenas biocinemáticas dirigidas (miembros y sus uniones), provistas de grupos musculares, ya que en conjunto, como biomecanismos, ellos ejecutan los movimientos dados.
Es de resaltar también su rasgo más característico; su carácter variable, tanto el número de miembros motores, como el grado de libertad de los movimientos, la composición de los grupos musculares, y su interrelación son variables.

•	Preguntas de comprobación del aprendizaje:
1	Explique en qué consisten las cadenas biocinemáticas, cómo se clasifican y establezca un paralelo entre ellas.
2	Ponga ejemplos en diferentes deportes de los resultados de la tracción muscular, de acuerdo a:
a)	En suspensión (apoyo superior).
b)	Con apoyo inferior.
c)	Sin apoyo.
d)	Cuando se han fijado los antagonistas
Explique y argumente en cada caso.
3.	Explique en qué consiste la variación de las características fundamentales de la contracción muscular cuando se incrementa la resistencia interna.
4.	Las características mecánicas de la contracción muscular dependen de la magnitud de la resistencia. Cuando aumenta la carga (resistencia, peso), se producen tres variaciones. Explíquelas argumentando.
5.	Argumente la siguiente afirmación: “generalmente, la fuerza muscular necesaria para sostener o vencer una carga es muchas veces mayor que ella “.
6.	¿Qué implicaciones tiene la no-linealidad de la elasticidad del músculo en los ejercicios físicos?. Argumente.
7.	Explique la importancia de realizar un calentamiento previo a una actividad física.
8.	Mencione los tipos de regímenes de trabajo muscular que usted conoce y caracterícelos, explicando situaciones concretas donde se manifiesten.
9.	¿Por qué siempre se habla de “fuerza muscular” como tracción muscular?. Argumente.
10.	De acuerdo a los casos concretos de movimiento en diferentes manifestaciones deportivas que te proponemos; explique las funciones de los miembros de apoyo y de trabajo. Identifique el punto de trabajo en cada caso.
a)Un pitcher (lanzador de béisbol) realizando sus movimientos.
b)Un gimnasta colgado de la barra fija.
c)Un nadador.
d)Un futbolista al patear el balón.
e)Un sprinter (corredor en atletismo).
f)Un boxeador.

11.	¿Cómo es la interacción de los grupos musculares?, cuando:
a)Existen resistencias constantes.
b)Las resistencias van en aumento.
c)Las resistencias disminuyen.

Conclusiones: 
Desde el punto de vista general, puede considerarse el sistema biomecánico del aparato locomotor como un macrosistema, cuyos elementos son a su vez sistemas que interactúan entre sí, poniendo de manifiesto una serie de propiedades y relaciones, mientras participan en determinados procesos de relevante importancia. 
•	Orientaciones para el estudio independiente:
I.	Deben dominar, las propiedades del sistema biomecánico del aparato locomotor, ya que ellas aclaran la forma en que se manifiestan las leyes de la mecánica en los movimientos del hombre.
II.	Deben conocer, la organización que presenta dicho sistema.
III.	En el estudio de las propiedades deben enfatizar en:
a)	Aseguramiento energético de los movimientos.
b)	Actividad de adaptación del sistema.

Bibliografía:
Para el estudiante:
 V. Zatsiorski. Biomecánica de los ejercicios físicos. Manual. Editorial Pueblo y Educación. Ciudad de la Habana. 311 páginas.
Folleto de Biomecánica de la EIEFD

Para el profesor:
Donskoi, D.D. 1988. Biomecánica de los ejercicios físicos. Manual. Editorial Pueblo y Educación. Ciudad de la Habana. 311 páginas.
Aguado Jódar, X.  1987. Biomecánica dentro y fuera del laboratorio. Universidad de León. Secretaria de Publicaciones. León. España. 344 páginas.

CARACTERÍSTICAS	DENOMINACIÓN	SÍMBOLO	..se mueve?	Caracteriza	
ESPACIALES	DESPLAZAMIENTO		¿hacia dónde?	La forma
De mov.
	
TEMPORALES	Duración		¿cuándo?	El carácter
del
movimiento	
	Tempo				
	Ritmo				
ESPACIO TEMPORALES	Velocidad
		¿cómo?		
	Aceleración				
INERCIALES	Masa	m	¿qué?	El mecanismo de del mov.	
	Momento de inercia				
De FUERZA	Fuerza		¿por qué?		
	Momento de fuerza				
	Impulso de fuerza				
ENERGÉTICAS	Trabajo		¿con qué?	El estado
del sistema	
	Potencia				
	Energía mecánica