martes, 17 de enero de 2017

BIOMECÁNICA AL CAMINAR

Introducción

                La marcha, y la bipedestación en general, es una necesidad básica para desplazarse de un lugar a otro. Como ser humanos, somos hechos biomecanicamente hablando para este modo de locomoción y por eso es una de las actividades más corriente que hace la gente a diario.

          Pero para moverse se necesita energía, y la energía es uno de los conceptos más importantes de la ciencia. Durante la marcha humana tienen lugar dos formas de intercambio de energía: conversiones entre energía cinética y potencial y transferencias de energía entre segmentos.


          Aquí hablaremos de la energía potencial y de su transformación en cinética cuando andamos o corremos, y de las implicaciones que tiene esto para la conservación de la energía y el gasto energético en las actividades diarias.


I.                 Energías
a.     Energía potencial (Ep)

Definición : La Energía potencial es la energía que tiene un cuerpo situado a una determinada altura sobre el suelo. Todo cuerpo que se ubicado a cierta altura del suelo posee energía potencial.
Ep = m . g . h

                La fórmula debe leerse como: energía potencial (Ep) es igual al producto de la masa (m) por la constante de gravedad (g = 10 m/s²) y por la altura (h). La unidad de medida de la energía es la misma del trabajo, el Joule. Un Joule es la cantidad de energía necesaria para levantar un kilogramo masa a una altura de 10 cm de la superficie de la Tierra.

                A partir de esta descripción, podemos decir que cualquier persona que sea de pie tendrá una cierta energía potencial en su centro de gravedad (en función de su propia altura y de su peso)




a.     Energía cinética (Ec)
Cinética: parte de la física que estudia los efectos de las fuerzas en el movimiento.
La Energía cinética es la energía asociada a los cuerpos que se encuentran en movimiento, depende de la masa y de la velocidad del cuerpo. Es decir, es la energía que posee un objeto a consecuencia de su movimiento.

Ec= ½ mv²

 La energía cinética se mide en Julios (J), la masa en kilogramos (kg) y la velocidad en metros sobre segundos (m/s).  



a.     Energía aplicada a la marcha y sus transformaciones

                Si nos desplazáramos sobre ruedas, el centro de gravedad seguiría una trayectoria rectilínea, se produciría un deslizamiento continúo y nuestra locomoción requeriría muy poca energía. Sin embargo, nuestro aparato locomotor imprime al centro de gravedad del cuerpo un movimiento que no es rectilíneo sino que describe unos desplazamientos, verticales y horizontales, que conducen a un mayor gasto metabólico; no obstante, el cuerpo humano ha desarrollado diversos mecanismos que mejoran el rendimiento de la marcha, a través de transferencias de energía y de la reducción del desplazamiento del centro de gravedad.

        Un ejemplo evidente de las transferencias entre energía potencial y cinética es el desplazamiento rítmico vertical del cuerpo y su centro de gravedad (C. de G.) durante la marcha. 

Dos zancada (ciclos de marcha), empezadas con la fase de doble apoyo ; choque de talón al 0%

En los periodos de doble apoyo (de 0 a 10%,  de 50 a 60% y de 95 a 100% en la Foto 1)  el C. de G. se encuentra en su punto más bajo y en los periodos de apoyo unipodal, alcanza su punto más alto (30% y 80% en la Foto 1). Cuando el centro de gravedad se eleva va aumentando la energía potencial almacenada, alcanzando su valor máximo en el momento de mayor elevación (30% y 80%). Cuando desciende va transformándose en energía cinética, la cual es máxima en el punto más bajo y es empleada en impulsar el cuerpo hacia delante, mientras se va transformando de nuevo en energía potencial (de 5% a 30%  o de 55% a 80% en la Foto 1).


I.                 Cambios que ocurre en la carrera

                En la Carrera es bastante igual que en la marcha, pero el cuerpo es más adelante y más eficiente y tiene dos sistemas que ayuda en dichas eficiencias:
- durante el estiramiento de las estructuras elásticas como tendones que almacenan energía y luego regresar esa energía
- durante la transferencia de energía de un segmento del cuerpo al otro con otros músculos


II.            Conservación y gasto energético en actividades diarias

El principio de conservación dice que la energía ni se crea ni se destruye, se transforma.



El gasto energético varía, con algunos factores, como son el peso del sujeto, la velocidad de marcha, la pendiente y el tipo de terreno. Así a mayor peso del cuerpo mayor gasto energético.

También influye la velocidad de marcha, así una marcha lenta supone un gasto energético importante, ya que se pierde la energía cinética y es como si se volviera a empezar a caminar en cada paso, mientras que al aumentar la velocidad va disminuyendo este gasto hasta llegar a una velocidad de marcha, en la que se requiere un mínimo de energía caminando más deprisa o más despacio el requerimiento energético se hace mayor

Otro factor muy importante es la pendiente. Cuando subimos por una rampa no existe la fase de descenso del centro de gravedad, por lo que no hay transferencia de energía potencial a cinética y se precisa una mayor actuación muscular, que supone un mayor consumo energético.


Se ha comprobado que el gasto de energía se duplica cuando se asciende con una inclinación de 15º y se triplica con una inclinación de 25º. En el descenso, si es leve, disminuye el gasto energético ya que la energía acumulada es superior a la normal y la marcha resulta fácil, pero conforme aumenta la inclinación también lo hace el gasto energético, ya que es necesario frenar y se debe utilizar la acción muscular para evitar la aceleración excesiva.

Por último, también influye el tipo de terreno por el que se camina, en terreno irregular y blando se eleva el gasto de energía, ya que no da suficiente resistencia a los pies, así una marcha en terreno labrado duplica el gasto de energía y en nieve blanda lo cuadriplica.

El balance energético de un individuo se define como la diferencia existente entre la energía ingerida y el gasto energético o energía total empleada. Los hidratos de carbono, las grasas y las proteínas son los substratos de los que se obtiene la energía utilizada para el trabajo biológico y abastecimiento del resto de necesidades energéticas. A pesar de la gran variación diaria en la cantidad de energía ingerida y en el gasto energético, el peso corporal permanece relativamente estable.
El objetivo final del metabolismo de los nutrientes es la producción de energía.


Bibliografía
·       https://alextecnoeso.files.wordpress.com/2011/09/tema-1-la-energc3ada-y-sus-transformaciones-alumnos.pdf

¿Quieres saber más?

·        Revistas científicas
 - http://www.revista.unam.mx/vol.1/num2/art2/
 - http://servicios.abc.gov.ar/lainstitucion/revistacomponents/revista/archivos/textos-escolares2007/CFS-ES4-1P/archivosparadescargar/CFS_ES4_1P_u7.pdf
·        Otras páginas profesionales
-        http://wzar.unizar.es/acad/cinesio/Documentos/Marcha%20humana.pdf

·        Otro contenido multimedia
 http://www.monografias.com/trabajos95/trabajo-energia-cinetica/trabajo-energia-cinetica.shtml



Autores del artículo:

Arthur Zancanaro
Jaime Molina
Axel Ducasse




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