BIOFISICA II(Primer parcial)
UNIDADES DIDACTICAS DE BIOFISICA IIDE TEMAS PRINCIPALES Y
PRCTICASUnidad 1Nombre: Biomecnica osteomuscular, circulatoria y
respiratoria. Procesos bioelctricos. Visin, audicin y fonacinFecha
de inicio: 18/V/2015STANDARES.1. Esttica cinemtica y dinmica
(Mecnica)2. Biomecnica 3. Mecnica circulatoria I4. Mecnica
circulatoria II5. Mecnica respiratoria6. Procesos bioelctricos I7.
Procesos bioelctricos II8. Luz y Visin 9. Sonido. Audicin y
fonacin
Unidad 2Nombre: Introduccin, instrumentacin, radiaciones
ionizantes y no ionizantesFecha de inicio: 20/VIII/2015STANDARES.1.
Ionizacin de los gases. Cmara de Wilson. Descargas elctricas en el
aire y tubos con gases.2. Rayos catdicos. Principio termoinico.
Tubo de J.J. Thomson. Efecto Cerenkov3. Fusil de electrones. Rayos
canales. Osciloscopio. Espectrgrafos de masa.4. Radiaciones no
ionizantes: Rayos infrarrojos y ultravioletas5. Radiaciones
ionizantes: Rayos equis y Rayos csmicos. 6. Radiactividad natural:
Historia. Rayos alfa, beta y gamma6. Dosimetra de las radiaciones:
mtodos. Dosmetros. Unidades de intensidad radiactiva7. Radioistopos
o indicadores radiactivos8. Radiobiologa I9. Radiobiologa II
TRABAJOS PRACTICOS de investigacin y aprendizajeUnidad 11.
Localizacin anatmica (esqueltica) del centro de gravedad
(individual)2. Realizacin de los esquemas y dibujos de los 4 tipos
de contraccin muscular con su respectiva teorizacin (individual)3.
Dibujar y describir tericamente 2 ejemplos de cada gnero de palanca
(3) que se sucedan en el cuerpo humano (individual)4. Dibujar y
graficar los potenciales de accin del msculo estriado, liso,
cardiaco y del nervio relacionado y teorizando cada fase con la
entrada y salida de iones (individual)5. Solucin de los 12
problemas de mecnica circulatoria y respiratoria (individual).6.
Resolver problemas de clculo del tamao de la imagen en la retina,
clculo de la potencia total del globo ocular. Desarrollar 2 mtodos
para demostrar la existencia del punto ciego. Aplicando los
principios de la ptica geomtrica desarrollar los 3 casos de una
lente biconvexa de acuerdo a la ubicacin del objeto. Identificar
una imagen virtual con una lente divergente y con un espejo plano
(individual). Clculo de la velocidad del sonido por los dos mtodos
(individual).7. Trabajo de sntesis de los temas explicados en clase
(individual).
Unidad 21. Obtener y describir imgenes (trazos) de rayos alfa,
beta, gamma, csmicos, etc., que se hayan podido obtener con la
cmara de niebla (grupal).2. Dibujar un equipo completo de rayos
equis con sus aditamentos (individual).3. Clculo para determinar la
radiopacidad de los huesos y sulfato de bario (radiopacos) en
relacin a los tejidos blandos (radiolcidos) y problemas de
conversin de unidades de intensidad radiactiva (Roentgen, Gray,
centigray, RAD, Curi, milicuri) individual-4. Dibujar y teorizar
los detectores de radiacin ionizante que existen: Electroscopio,
Espintariscopio, Cmara de Wilson, Contador Geiger Mller, Contadores
proporcionales, Escintgrafo con escalmetro, Espectrmetros,
Gammgrafo lineal y Cmara Hanger (individual).5. Trabajo de sntesis
de los temas explicados en clase (individual).
UNIDAD 1
SUMARIO 1
MECNICA: concepto.- Clasificacin: Esttica.- Cintica.-
Dinmica.
ESTTICA: concepto.- Leyes de Newton (primera tercera). La
fuerza: concepto.- Medicin (Dinammetro). Unidades de fuerza
(sistema cgs MkS).- Representacin grfica de la fuerza.- Sistema de
fuerza. Gravedad: concepto.- Centro de gravedad.- Ley de la
gravitacin universal. Peso: concepto.- Unidades. Masa:
concepto.-Unidades. Densidad: concepto.-Tipos.-unidades.-Densmetro.
Peso especfico: concepto.CINEMTICA: concepto.- Mvil.- Trayectoria.-
Espacio recorrido.- Velocidad.- La aceleracin.- Tipos de movimiento
(Rectilneo, uniforme, uniforme variado, circular uniforme).DINMICA:
concepto.-Segunda ley de Newton.-Inercia.- Fuerza centrpeta y
centrifuga. Maquinas: concepto.-Ley de las mquinas.-Rendimientos
mecnicos.-Rozamiento.-Eficiencia mecnica. Palancas: elementos de
las palancas.-Clases de palancas (primero, segundo y tercer
gnero).
DESARROLLO:
M E C A N I C A
Concepto.- Es la parte de la Fsica que estudia las fuerzas y los
efectos que producen produce. La Mecnica se divide en: Esttica,
Cinemtica y Dinmica.
E S T A T I C A
Concepto.- Viene del griego statikos, que significa equilibrio;
o sea podra definirse como la parte de la Fsica que estudia el
estado de equilibrio de un cuerpo bajo la accin de las fuerzas. Un
cuerpo se halla en estado de equilibrio, al desplazarse con
movimiento rectilneo uniforme o cuando se halla inmvil bajo la
accin de fuerzas compensadas (En la prctica todos los cuerpos de la
naturaleza se encuentran bajo la accin de alguna fuerza).
Primera ley de Newton: tambin se conoce a esta ley con el nombre
de Ley o principio de la inercia, y dice: En ausencia de una fuerza
externa, ningn cuerpo puede modificar su estado de reposo o de
movimiento Es el agente capaz de comunicar una aceleracin a un
cuerpo.
Se aprecia claramente en este enunciado (1686), el concepto de
fuerza, as: Fuerza es, el agente capaz de cambiar el estado de
movimiento o de reposo de un cuerpo. Segunda ley de Newton: esta
ley dice que: La fuerza (F) es directamente proporcional a la
aceleracin (a) y a la masa (m), as: F = m.a
Medicin de la fuerza: Para medir la intensidad de la fuerza se
usa el dinammetro, que es una palabra que deriva del griego dinamis
y metros Unidades de fuerza: basndose en la segunda ley de Newton
tenemos las unidades de fuerza, entonces: La unidad de fuerza en el
sistema cgs es la DINA, que corresponde a la aceleracin de 1
centmetro por segundo en 1 segundo, que se imprime a una masa de de
1 gramo, o sea: 1g x cm/Seg
Como un gramo es atrado por la aceleracin de la gravedad con una
fuerza equivalente a 980 dinas, se deduce que 1 dina = 1/980 =
0010193g; es decir, 1 dina es aproximadamente igual a la fuerza que
da 1 miligramo.
Es el sistema MKS tenemos el NEWTON, que es la fuerza necesaria
para comunicar a la masa de 1 kilogramo una aceleracin de 1 metro
(m) por segundo, o sea: 1 newton = 1kg x 1mt/Seg
Tambin tenemos el KILOGRAMO FUERZA, que es la fuerza necesaria
para comunicar a la masa de 1 kilogramo la aceleracin de
9,8m/Seg.
Representacin grafica de la fuerza: con el dinammetro no se
logra saber todo sobre la fuerza, ya que tambin es preciso dar su
magnitud, direccin, sentido y punto de apoyo; las 3 primeras son
inherentes al concepto de fuerza; as: la fuerza ejercida sobre un
cuerpo podr representarse por un vector, como a continuacin est en
el grfico:
En que a es el punto de apoyo, b la direccin, c el sentido y d
la magnitud o intensidad.Las magnitudes vectoriales porque se
presentan por vectores. Un vector no solo indica el valor de la
fuerza (mdulo), sino tambin su sentido, la direccin y el punto de
apoyo. Como se ver, existen reglas especiales para la suma de
magnitudes vectoriales; contrario a esto, las magnitudes escalares
se suman numricamente.
Composicin o sistemas de fuerzas: existen 6 formas de asociacin
de fuerzas componentes (F1, F2, etc.) que admiten una fuerza nica o
resultante (R), que al actuar equivale a todas las fuerzas
componentes.
Primer caso: cuando dos fuerzas tienen la misma direccin y
sentido, la resultante ser igual a la suma algebraica de las
fuerzas componentes.
Segundo caso: cuando 2 fuerzas tienen la misma direccin pero
sentido contrario, admiten una resultante que est dirigida hacia el
lado de la fuerza de mayor magnitud, teniendo la resultante un
valor igual a la diferencia de las fuerzas componentes.
Tercer caso: cuando las fuerzas componentes tienen un mismo
punto de apoyo y diferentes direcciones (fuerzas concurrentes),
para hallar la resultante se aplica la ley del paralelogramo. Esta
ley consiste en representar las rectas de las fuerzas componentes
con su magnitud y direccin por sus dos lados adyacentes de un
paralelogramo, dndose como resultante la diagonal del
paralelogramo; de esta manera se puede calcular resultantes de 2,
3, 4, etc. Fuerzas componentes.
Cuarto caso: cuando las fuerzas las componentes no se aplican en
un mismo punto. En este caso se traslada el punto de aplicacin de
las fuerzas siguiendo su direccin, proyectndose la nueva resultante
sobre el nuevo punto de apoyo con su intensidad y sentido, sin
alterar el efecto de las fuerzas componentes.
Quinto caso: corresponde al caso de dos fuerzas paralelas con
igual direccin aplicadas en dos puntos del mismo plano. La
resultante es igual a la suma de dicha fuerza, la que actuar en el
mismo sentido y su punto de aplicacin estar en la recta que une las
fuerzas componentes, del lado de la de mayor magnitud.
Sexto caso: igual que el caso anterior, pero en este caso las
fuerzas componentes son opuestas y pueden ser de igual o diferente
magnitud. Cuando son de igual magnitud la resultante es igual a
cero y est aplicada en el infinito, adquiriendo el sistema un
movimiento rotatorio, a esto se llama CUPLA. Cuando las fuerzas son
desiguales se admitir una resultante, cuyo sentido sera el mismo de
la componente de mayor magnitud, y su valor corresponde a la
diferencia de magnitudes de ambos componentes, estando ubicada del
lado de la de mayor magnitud.
Inercia.- Los hallazgos realizados por Galileo condujeron a a
atribuir a todos los cuerpos una caracterstica llamada inercia,
mediante la cual: un cuerpo trata de mantener a toda costa sus
estado de reposo o de movimiento. Esto quiere decir que, cuando un
cuerpo est en reposo tiende, por la inercia, a seguir inmvil, y
solamente por accin de una fuerza podr salir de ese estado; si un
cuerpo se halla en movimiento, sin que ninguna fuerza acte sobre l,
el objeto tiende por inercia a desplazarse en lnea recta con
velocidad constante. Para comprender mejor este fenmeno recordemos
que cuando un vehculo se desplaza a cierta velocidad y frena
bruscamente, sus ocupantes van hacia delante, y hacia atrs cuando
parte.
Equilibrio de una partcula y un cuerpo.- Cuando la resultante de
un sistema de fuerzas, que actan sobre una partcula es nula, si est
en reposo seguir en reposo, y si se halla en movimiento, continuar
su trayectoria con movimiento rectilneo uniforme; por ello, para
que una partcula se encuentre en equilibrio debe de estar inmvil o
con movimiento rectilneo uniforme.Para el caso de un cuerpo de masa
apreciable que no puede ser considerado como partcula, para
determinar su estado de equilibrio debemos primero reconocer que
este sea rgido; es decir, que no se deforme por accin de las
fuerzas, lo que es imposible hallar, y mas bien decir que su
deformacin sea despreciable. Este cuerpo para hallarse en
equilibrio no debe sufrir traslacin ni rotacin por accin de las
fuerzas, para considerarlo en estado de equilibrio.
Momento de una fuerza (M).- Un cuerpo rgido como una barra de
hierro, puede girar en torno a un eje ubicado en uno de sus
extremos, o un cuerpo de masa circular puede girar en torno a un
eje central, mediante la aplicacin de una fuerza F, a una distancia
d. del extremo opuesto al eje de la barra o en la periferia del
cuerpo circular. Podemos demostrar experimentalmente que, cuanto
mayor sea la distancia d, ms acentuada ser la rotacin del cuerpo o
en otras palabras, con menor esfuerzo haremos el mismo trabajo
rotatorio. Este efecto de rotacin sobre un cuerpo por una fuerza,
se llama momento o torque de la fuerza; por tanto, el momento M de
una fuerza esta definido por la relacin: M = F x d
GRAVEDAD.- Si se omiten las fuerzas exteriores, es decir los
roces, todos los cuerpos grandes y pequeos caen con igual
aceleracin. Este principio fue establecido en forma experimental
por Galileo en el ao 1590, desterrando definitivamente el principio
aristotlico que por cerca de 2 milenios se mantuvo; Aristteles
pensaba que los cuerpos ms pesados caan ms rpido que los livianos.
Tambin esto tiene importancia, porque Galileo dio al mundo un nuevo
mtodo en el proceso de investigacin cientfica: el mtodo
experimental.
Los experimentos de Galileo llevaron a demostrar que la
velocidad adquirida por los cuerpos durante la cada, es as: en 1
segundo esta velocidad adquiere cierto valor, y ser doble, triple,
etc., al cabo de 2, 3, etc. segundos, por lo que se da la ecuacin
siguiente: Vt = g.t. Consecuentemente la distancia d se ir
incrementando en cada intervalo de tiempo, la cual se hallara
mediante la ecuacin: d = Vo + 1/2 . g . t2
La velocidad Vt al terminar el tiempo t es directamente
proporcional al tiempo y a una constante g que es un igual a Vt/t,
y que es igual al incremento de la velocidad en la unidad de
tiempo; es decir, la aceleracin. Esta aceleracin es debido a la
atraccin de la gravedad, que es alrededor de 981 cm/seg.
Los rangos de la aceleracin de la gravedad varan ligeramente en
las diferentes regiones de la tierra: las cifras menores se
obtienen a nivel del plano ecuatorial (978 cm/seg), Hawai (978.06),
y los valores mayores en Alaska (982,18), en el polo norte
geogrfico (983,21). Esto se debe a que la velocidad de rotacin de
la tierra a nivel del ecuador es mayor que en cualquier otra parte
del globo terrestre (en los polos este efecto es igual a cero);
tambin porque la tierra no es perfectamente esfrica, sabiendo que
la gravedad disminuye conforme aumenta la distancia hacia el centro
de la tierra; por ello, en el ecuador decrece la gravedad en
relacin a los polos; por tanto, la altitud geogrfica es otro
elemento que afecta la gravedad. Por ltimo, por estar compuesta la
corteza terrestre de materiales livianos y pesados, induce a variar
el valor g, y esto ayuda a los geofsicos para hallar depsitos de
metales preciosos, petrleo, etc.
Newton 1666 descubre la ley de gravitacin universal, que dice:
la fuerza de atraccin de dos cuerpos es directamente proporcional
al producto de sus masas e inversamente proporcional, al cuadrado
de la distancia, por una constante gravitacional (G). As
tenemos:
La experimentacin demuestra que si F se mide en dinas, m y m en
gramos y D en centmetros, G vale: 6,673 x 10-8. Se trata de una
constante extremadamente pequea, que ha sido confirmada por muchos
fsicos. Si tenemos dos cuerpos en nuestras manos, la fuerza de
atraccin entre ellos es tan pequea que no podemos apreciar; pero,
si consideramos nuestro cuerpo y la tierra como masas, la fuerza
gravitacional la sentimos. La atraccin de la gravitacin es la que
mantiene a la luna y planetas en rbitas y, a nuestro cuerpo sobre
la faz de la tierra.
PESO: es el resultado del producto de la masa por la aceleracin
de la gravedad.
Peso = m . g
Aunque la masa es la misma en cualquier sitio, su peso depende
de la fuerza gravitacional, por Ej.: el campo gravitatorio de la
luna es solo 1/6 del de la tierra; por tanto, el peso de un cuerpo
en la luna es 6 veces menor que la tierra.
MASA: es la cantidad de materia que posee un cuerpo. La masa es
determinante del peso y de la inercia.
Unidades de masa: en el sistema cgs tenemos el gramo-masa y en
el MKS el kilogramo-masa, ya estudiados.
Unidad de masa atmica (UMA): es una unidad patrn arbitraria que
es igual a 1/12 de la masa del carbono 12. As, un tomo con el doble
peso que el carbono 12, tiene 24 UMAS.
Dalton: tiene la misma definicin que la UMA, por ello: 1 UMA = 1
Dalton Se utiliza esta utilidad en Bioqumica, para ponderar las
macromolculas muy grandes.
DENSIDAD: en la Esttica, el estudio de este parmetro es amplio,
y trata de explicar el comportamiento de los cuerpos dentro de los
fluidos. Se la define as: La densidad D es la relacin que existe
entre la masa m y su volumen V, o sea:
En el sistema cgs, la masa se expresa en gramos y el volumen en
mililitros. En el sistema MKS, la masa se valora en kilogramos y el
volumen en litros.
PESO ESPECIFICO (Pe): es la relacin que existe entre el peso P
de un cuerpo si su volumen V entonces:
De la relacin arriba sealadas, se deduce: que mientras la
densidad de un cuerpo muestra igual valor en cualquier parte de la
tierra, el peso especfico vara conforme la aceleracin de la
gravedad. Para evitar este problema, en la partcula se establece la
densidad relativa, que consiste en relacionar el peso de un cuerpo
con el peso del mismo volumen de agua (peso especfico relativo),
para este caso:
Densmetros: son tubos de vidrio lastrados en el fondo, que se
sumergen libremente ms o menos en los lquidos segn sus densidades.
A mayor densidad menor inmersin, y viceversa. Los densmetros vienen
calibrados con una escala de valores segn el tipo de lquidos cuya
densidad se desea conocer.
Tercera ley de Newton: se llama tambin principio de la accin y
reaccin, y puede enunciarse as: A la accin de toda fuerza le
corresponde siempre una fuerza de reaccin igual y de sentido
contrario.
Si empujamos un objeto, aquel reaccionar con una fuerza opuesta
y de igual magnitud. Es difcil entender esta ley cuando se trata
del empuje de cuerpos; ha de tenerse en cuenta que nuestro cuerpo y
el objeto pueden considerarse como una sola masa que estn en reposo
relativo, y que la accin y reaccin entre ellos son iguales y
opuestos. El movimiento del cuerpo se obtiene en virtud del apoyo
de los pies sobre el suelo. Debemos tomar en cuenta que la accin se
aplica a uno de los cuerpos y la reaccin acta en el cuerpo que
ejerce la accin; es decir, estn aplicadas en cuerpos diferentes.
Por lo tanto, la accin y reaccin no se pueden anular mutuamente,
porque para esto sera necesario que estuvieran aplicadas en un
mismo cuerpo, lo que as no sucede.
En los puntos de apoyo, nuestros pies ejercen una fuerza que
tiene una componente hacia atrs, y el suelo, por su parte, en
virtud de la reaccin, tiene una componente hacia delante, siendo
esta la que acta y permite el desplazamiento del objeto.
Los motores de un cohete nos dan un Ej de la 3ra ley de Newton.
Estos motores queman combustible y los despiden con gran velocidad
desde la cmara de combustin; una vez despedido produce una fuerza
hacia atrs o empuje (la accin) que, de acuerdo a la 3era ley de
Newton, produce a su vez una fuerza igual, aunque contraria, hacia
delante, que es la reaccin, entonces: cuando la fuerza de impulso
es lo suficientemente potente despegar venciendo a la gravedad; la
presencia del aire atmosfrico ayuda al impulso para vencer a la
gravedad, pero en el vaco y sin gravedad solo una pequea fuerza de
reaccin ser necesaria para impulsar la nave eficientemente.
Centro de Gravedad: es el punto donde se considera concentrado
todo el peso del cuerpo, y determina su estado de equilibrio.
La direccin de la gravedad en cada punto de la tierra es normal
a la superficie del mar, siempre y cuando se considere a la tierra
perfectamente esfrica y homognea. Se supone que todas las
verticales dadas por la direccin de la plomada van al centro de la
tierra; cada molcula de los cuerpos estn influenciadas por las
fuerzas gravitacionales; por tanto, el peso de un cuerpo es la
resultante de este conjunto de fuerzas paralelas equivalentes al
peso de cada molcula. De lo anterior deducimos que las fuerzas que
condicionan el peso de un cuerpo, admiten una resultante cuyo punto
de aplicacin es el centro de gravedad. La resultante aplicada al
centro de gravedad puede caer dentro o fuera de la base de
sustentacin del cuerpo al ser ladeado o inclinado; si cae fuera de
la base de sustentacin de sr desploma, de lo contrario regresa a su
posicin inicial.
Si aplicamos un eje en el centro de gravedad y lo hacemos puede
rotar libremente con velocidad angular uniforme. En los cuerpos de
constitucin y forma regular (esfera, cubos, cuerpos rectangulares,
etc.), el centro de gravedad coincide con el centro geomtrico, y
para hallarlo trazaremos las diagonales correspondientes.
C I N E M A T I C A
Concepto.- Es el estudio del movimiento como tal, sin tomar en
cuenta la causa que lo produce. Se consideran los siguientes
elementos:
1. Mvil: es el cuerpo que se demuestra en movimiento
1. Movimiento: cuando se modifica su posicin (del mvil) con
respecto a otro que esta en reposo. Este es un concepto relativo,
pues los cuerpos que estn sobre la superficie terrestre no pueden
nunca estar en estado de reposo absoluto, por lo movimientos que
esta presenta
1. Trayectoria: es la lnea recorrida por el mvil. La trayectoria
puede ser recta o curva.
1. Espacio recorrido: es la longitud recorrida por el mvil.
1. Tipos de movimientos: se conocen fundamentalmente tres tipos
de movimientos, que son: 1. Rectilneo uniforme 2. Uniforme variado
(acelerado y retardado) 3. Circular uniforme
Movimiento rectilneo uniforme.- es cuando teniendo una
trayectoria recta, un mvil recorre espacios iguales en tiempos
iguales.
Velocidad (V): es el espacio (E) recorrido en la unidad de
tiempo (t), entonces:
1 nudo = 1 milla/hora = 1.609,3 mt/hora
Movimiento uniforme variado.- es cuando la velocidad no es
constante; esta puede aumentar de manera progresiva (M.
uniformemente acelerado) o decrecer (M. uniformemente retardado).
Movimiento circular: cuando la trayectoria del mvil es una
circunferencia (Este tema se desarrolla en el captulo de
DINAMICA).Aceleracin (a): es el aumento o disminucin de la
velocidad en la unidad de tiempo. Si la variacin es constante,
decimos que la aceleracin es uniforme, por Ej.: la aceleracin de la
gravedad.La aceleracin de un mvil se expresa por el cociente entre
la diferencia de la velocidad final (V) e inicial (Vo), por
tanto:
Cuando el mvil parte del reposo, la velocidad inicial es igual a
cero, entonces tenemos:
La ecuacin dimensional de la aceleracin es:
Esto significa que con la aceleracin de 5 mt/seg, la velocidad
varia en 5 metros por segundo, y por ello se dice que la aceleracin
es de 5 metros por segundo por segundo. Puede ser en cm/seg o en
Km/seg2.Para hallar el espacio recorrido (E) del movimiento
uniformemente variado, aplicamos la siguiente frmula:
Pero si el cuerpo se acelera a partir del reposo, se tendr
que:
D I N A M I C A
Concepto: es el estudio del comportamiento de los objetos al
actuar fuerzas sobre ellos. La segunda ley de newton es la ley
fundamental de la Dinmica (F = m.a).
La primera ley de newton (de la inercia) dice, que si no hay
fuerza sobre un cuerpo, este no altera su estado de reposo o de
movimiento rectilneo uniforme. Si a un cuerpo con movimiento
rectilneo uniforme aplicamos una fuerza, el cuerpo ser acelerado, y
esta aceleracin es directamente proporcional a la fuerza e
inversamente proporcional a la masa, o sea: a = F/m (variante de la
segunda ley de Newton)
El factor de proporcionalidad m, llamado masa, es prcticamente
constante si la velocidad del cuerpo es inferior a la de la luz,
pero si estamos en las proximidades de ella, la masa depende de
dicha velocidad, y esto se demuestra en la teora de La relatividad.
Como nuestra tcnica no permite a los cuerpos obtener grandes
velocidades, todos los clculos fsicos y matemticos descansan sobre
las leyes de Newton. En la primera ley de Newton observamos
realmente que la aceleracin es igual a cero, porque el cuerpo se
halla en equilibrio.
Trabajo de una fuerza,- El desplazamiento de un cuerpo en lnea
recta sobre un plano material, por accin de una fuerza aplicada a
un cuerpo, tiene algunas situaciones, que son:1. Que la fuerza acte
en la direccin de la velocidad o no.1. Que la velocidad del cuerpo
aumente.1. Que la velocidad del cuerpo se mantenga constante o
disminuya.
Todo depende de la direccin y sentido de la fuerza aplicada-En
todas estas situaciones sin embargo, si una fuerza F desplaza un
cuerpo en una distancia d decimos que la fuerza realiz un trabajo
W, que se expresa en siguiente ecuacin:W =F.Cos..d
Donde F representa el mdulo (valor) de la fuerza y el ngulo que
la direccin que la fuerza F forma con la direccin del
desplazamiento, y d, el mdulo (valor) de desplazamiento del cuerpo.
Como desplazamiento y fuerza son magnitudes vectoriales, el trabajo
referido en mdulos (valores numricos) es por definicin una magnitud
escalar.
En la ecuacin W = F.Cos..d, la fraccin F.Cos. es el valor de la
componente Fd de la fuerza F, en la direccin del desplazamiento;
por lo tanto, en este caso la ecuacin que define el trabajo sera: W
= Fd.dSegn el modo de aplicar la fuerza F en el cuerpo, existe 2
casos:1. Si la fuerza acta en la direccin y sentido del
desplazamiento, el ngulo es nulo, esto significa que W = F.d (Fig.
a)1. Si la fuerza acta perpendicularmente a la direccin del
desplazamiento, el ngulo es igual a 90o, su trabajo es nulo a b
c
Si el ngulo est comprendido entre 0o y 90o el trabajo ser un
nmero positivo, y si el mayor de 90o el trabajo realizado por la
fuerza F sera negativo (en la Fig c tenemos = 180o y por tanto, el
trabajo es all negativo).
En el sistema MKS, si el mdulo F se mide en Newtons (N) y el de
desplazamiento en metros (mt), el trabajo sera expresado en joules
(J), entonces:
En el sistema cgs, si el mdulo F se expresa en dinas (d) y el de
desplazamiento en centmetros (cm), el trabajo se dara en ergios
(Erg),
W = 1 N x 1 mt = 1 Joule (J) W = 1 d x 1 cm = 1 ergio (Erg)
Potencia (P): es la que mide el grado de rapidez con que se
realiza un trabajo. Se la define mediante la relacin: P = W/t En
esta ecuacin, W es el trabajo realizado por una fuerza y t el
tiempo en que se realiza el trabajo.En el sistema MKS, cuando el
trabajo se expresa en joules y el tiempo en segundos, obtenemos el
watt
MOVIMIENTO CIRCULAR
Concepto: cuando la trayectoria del mvil es una
circunferencia
Introduccin: este movimiento tiene su propio conjunto de
conceptos bsicos, que son diferentes de los del movimiento
rectilneo y por esta razn es estudiado como una parte de la
dinmica, en ocasiones llamada dinmica rotatoria. Gran parte del
estudio del movimiento est dirigido al comportamiento de los
cuerpos ideales en rotacin. Un cuerpo rgido es uno de esos
conceptos ideales y lo conceptuaremos como un objeto de forma
definida que no se deforma bajo la accin de las fuerzas que
intervienen: en el movimiento rotatorio (normalmente, todos los
cuerpos reales se deforman algo).
Movimiento circular uniforme: cuando la trayectoria que describe
el cuerpo es una circunferencia y se desplaza con velocidad
constante.
Perodo (T): es el tiempo que tarda un cuerpo o partcula en dar
una vuelta completa. Como la longitud de la circunferencia es igual
a 2..R, y en movimiento uniforme velocidad es igual a E/t,
reemplazando tendremos que en movimiento circular: v = 2.R/T
Frecuencia (f) del movimiento circular: es el nmero de vueltas
que describe el mvil en la unidad de tiempo, y es igual al inverso
del perodo, o sea: f = 1/T
Velocidad angular (): los cuerpos con movimiento circular giran
alrededor de un eje fijo con cierta velocidad, que en este caso se
llama velocidad angular, que es igual a la relacin que existe entre
el ngulo descrito por el mvil () y el intervalo de tiempo (t)
necesario para completarlo o sea: = /t..Si incrementamos la
velocidad angular se incrementar el ngulo descrito por el mvil en
la unidad de tiempo.
Radin (rad): es el ngulo correspondiente a un arco de crculo
cuya longitud es el radio del crculo
Si 2..rad = 360o, entonces: 1 radin = 360o/2. = 57o y 16
Como los ngulos se pueden medir en radianes (rad) o grados,
podramos decir que la velocidad angular se podr medir en rad/seg o
grados/seg. Las equivalencias comunes de grados a radianes son las
siguientes:
360o = 2..rad 90o = /2.rad 45o = /4.rad180o = .rad 60o = /3.rad
30o = /5.rad
En una vuelta completa (360o) del mvil el ngulo ser de 2..rad, y
si el intervalo de tiempo que dura esa vuelta es de 1 perodo,
tendramos que: = 2..rad/T
Otra forma de calcular la velocidad angular se expresa al
considerar que si el mvil da una vuelta completa, el ngulo que
describe ser = 2..rad y el intervalo de tiempo ser de 1 perodo, o
sea: t = T, as: = 2./TPodemos calcular la velocidad v lineal del
movimiento circular uniforme con la siguiente ecuacin: v = 2..R /
T, como 2./T es la velocidad angular (), reemplazando queda: v =
.R
Problema: si un volante tiene una velocidad de 3 radianes por
segundo y un radio de 8 cm, cul es el espacio recorrido desde su
punto inicial en 2 segundos?Espacio = velocidad x tiempoEspacio =
radianes x R x t = 3 x 8 x 2 = 48 cm
Aceleracin centrpeta: La cantidad de velocidad en el movimiento
uniforme circular de un cuerpo no vara; por tanto, no existe en l
aceleracin tangencial. Pero vemos que la direccin del vector
velocidad v cambia continuamente, entonces el mvil tendr aceleracin
centrpeta ac. En el grfico derecho se observan los vectores v y ac
en cuatro ubicaciones diferentes del mvil, y adems vemos que el
vector ac tiene la direccin del Radio y siempre apunta hacia el
centro del crculo. Entonces matemticamente podremos deducir, que la
cuantificacin de la aceleracin centrpeta en el movimiento circular,
se determina por la ecuacin: ac = v2/r.
Aqu vemos que la aceleracin centrpeta es directamente
proporcional al cuadrado de la velocidad v e inversamente
proporcional al radio r de la circunferencia. Por ello, si un
vehculo toma una curva cerrada (con radio pequeo) a gran velocidad,
tendr una aceleracin centrpeta enorme, y resbalar si es superior a
la fuerza de roce.
Fuerza centrfuga y centrpeta.- Como ya vimos, la variacin del
vector velocidad, implica la aparicin de una aceleracin centrpeta
ac, cuya direccin es siempre la del radio de la trayectoria
apuntando siempre hacia el centro de la curva. Para que el cuerpo
tenga aceleracin centrpeta, es necesario que sobre l se aplique una
fuerza que genere esta aceleracin. La fuerza que determina la
aceleracin centrpeta se llama fuerza centrpeta Fc, por estar
dirigida hacia adentro
En un movimiento rotatorio, un cuerpo de masa m tiene una
aceleracin a, y por tanto: a la suma de fuerzas que actan sobre l
(tensin de la cuerda, rozamiento, lneas magnticas fuerza
gravitacional, etc.), la calculamos por la segunda ley de Newton,
cuya frmula es: F = m.a, de donde reemplazando a (aceleracin),
tendremos:
Con la fuerza centrpeta, segn la tercera ley de Newton, se dar
una reaccin; es decir, otra fuerza que huye del centro y que se
denomina centrfuga. La fuerza centrpeta se aplica al medio que une
al mvil con el centro de rotacin, por Ej.: La fuerza que acta en
una cuerda de hilo al que se une el mvil. Si se corta el hilo, cesa
la fuerza centrpeta inmediatamente.
Cuando estudiamos el movimiento rotatorio de un cuerpo, solo
debemos graficar las fuerzas que se aplican a l; es decir, la
fuerza centrpeta, ya que si se dibujan las dos fuerzas (centrfuga y
centrpeta), entonces el cuerpo est siendo sometido a una suma
de
r = Radio (cuerda de hilo) AB = Trayectoria sin F. centrpeta AC
= trayectoria con F centrpeta (Otorgada por la cuerda)
Fuerzas de igual intensidad y sentido contrario, que equivale a
cero, y por esto el cuerpo tendr un movimiento rectilneo
uniforme.Como vimos, la fuerza centrfuga es una reaccin de la
fuerza centrpeta, y para tener una idea mejor de ella, diramos: que
la fuerza centrpeta actan en el hilo y no en el cuerpo con
movimiento circular, mientras que la fuerza centrfuga actan en el
cuerpo (mvil). La fuerza centrpeta que actan sobre el hilo acelera
el cuerpo, cambiando en todo momento la direccin de su velocidad y
lo obliga a seguir la trayectoria circular.Sintetizando, debido a
su velocidad, el cuerpo con movimiento circular tiende a
desplazarse en la direccin de la tangente del crculo, y para
mantenerlo sobre su trayectoria circular, tenemos que aplicarle una
fuerza centrpeta de magnitud F = m. v2/ r.
Problema: Cual es la fuerza centrpeta de un cuerpo que tiene una
masa de 0.5 k g., que rota a una distancia de 2 metros con una
velocidad de 5 mt/seg? F = 0,5 Kg x (5 mt/seg)2 2 = 6.25 newton
M A Q U I N A S
Concepto: es un artificio usado para transformar o transferir
energa
Todas las mquinas complejas son combinaciones de dos o ms de las
seis mquinas simples (Palanca, polea, plano inclinado, cua, torno
helicoidal y engranaje).
Toda mquina tiene una potencia, y se la define como la rapidez
con que se efecta un trabajo; por ello, depender de la fuerza,
distancia y tiempo. Lo ms importante es que la labor se realice en
el menor tiempo posible.
Un hombre realiza un trabajo de subir un tramo de una escalera
en un minuto o en una hora, y la magnitud del trabajo es similar,
pero en ambos casos no emplea la misma potencia.
Unidades de potencia: tenemos como unidad de potencia al CABALLO
DE FUERZA, que equivale a 550 libras/pie/seg. El CABALLO DE VAPOR
(CV) que es igual a 75 kilogramos/metro/seg. Un WATTIO equivale a
10.200 gramos/centmetro/seg.1 caballo de vapor (CV) = 746 watt
Luego de generar o producir la potencia, esta debe ser
transmitida al lugar donde se hace el trabajo; por Ej.: el motor de
un vehculo genera potencia que debe ser transmitida a las
ruedas.
Ley de las mquinas: en toda mquina ideal (sin rozamiento), la
fuerza F por la distancia del desplazamiento del esfuerzo Df, es
igual a la resistencia R por la distancia del desplazamiento de la
resistencia Rd, esto es:F x Df = R x Rd
F x Df equivale al trabajo del motor, o sea la energa
suministrada a una mquina (entrada); y R x Rd, corresponde al
trabajo efectuado por la mquina, llamado trabajo til o de salida.
En otras palabras: Entrada = Salida
Rendimiento mecnico (RM): es el nmero de veces que una mquina
multiplica la fuerza. El RM es la relacin que hay entre la fuerza
resistente R y la fuerza activa E, o sea: RM = R/ETambin el RM de
cualquier maquina puede hallarse dividiendo la distancia que se
desplaza el esfuerzo por la distancia que se desplaza la
resistencia en el mismo tiempo.
En una mquina hay dos formas de hallar RM:
1. Usando una balanza de muelle capaz de determinar la fuerza
activa E y la fuerza resistente R (Sin tomar en cuenta el
rozamiento).
2. Mediante una regla podemos medir el desplazamiento del
esfuerzo Df y el desplazamiento de la resistencia Rd
Rozamiento o friccin: es la resistencia que se genera ante
cualquier cuerpo que intente producir movimiento. La friccin es una
fuerza que siempre actan en sentido opuesto al del movimiento.
La friccin se debe en gran medida a las irregularidades de las
superficies que entran en contacto. Hasta la superficie ms pulidas
presentan irregularidades al microscopio; cuando un objeto se
desliza sobre otro, tiene que subirse sobre las irregularidades, o
bien arrastrarlas consigo, y en ambos casos se requiere de
fuerza.
La fuerza de rozamiento entre dos superficies depende de las
clases de material y de la intensidad con que una comprime a la
otra. La friccin no se limita a los slidos que resbalan uno sobre
otro, tambin ocurre en los fluidos (Lquidos y gases).
Cuando se aplica una fuerza exactamente igual a la de friccin el
cuerpo se mover con velocidad constante y no habr aceleracin
Si pesamos un bloque de cemento y luego lo arrastramos unido a
una balanza de muelle, leemos en la balanza un valor menor al peso
del bloque y sta lectura corresponde a la fuerza de rozamiento (F
R).
La relacin entre la fuerza de rozamiento FR y el peso P del
cuerpo se llama coeficiente de rozamiento (CR).
CR = FR / PEficiencia mecnica (Em): es la relacin que existen
entre el trabajo til (Tu) realizado y la energa total consumida o
trabajo motor (Tm) Em = Tu / Tm El trabajo realizado por una mquina
a o trabajo resistente (TR) se divide en trabajo til (Tu) e intil o
de resistencia pasiva (Tp).TR = Tu + TpLa eficiencia se expresa en
tanto por ciento, as: si una mquina tiene una alimentacin de 100
kilogrmetros y su trabajo til es de 80 kilogrmetros, la mquina
tiene una eficiencia del 80%.
PALANCAS.- Es la ms sencilla de las mquinas. Su descubridor fue
Arqumedes, siendo famosa su frase Denme un fulcro y levantar el
mundo.
Toda palanca tiene un punto donde se aplica la fuerza motora F,
otro donde se apoya A y otro donde se concentra la fuerza
resistente R.. Aplicando que la suma de momentos es igual a cero
(2da ley de equilibrio), se equilibra una fuerza resistente R
producida por objetos con una fuerza motora F ejercida usualmente
por la persona: Segn la ley de la conservacin de la energa se tiene
que: Fs = Fs. Donde s y s son los desplazamientos de cada fuerza;
por tanto, los desplazamientos son inversamente proporcionales a
las fuerzas.
Hay tres tipos de palancas, segn la posicin del punto de apoyo,
respecto a las fuerzas F y R y son: 1. De primer gnero 1. Segundo
gnero y1. Tercer gnero
Palanca de primer gnero: en este caso el punto de apoyo est
entre las fuerzas; por Ej. La balanza de brazos iguales, los
alicates, las tijeras, el martillo para sacar clavos, etc.
Palanca de segundo gnero: en este caso la fuerza resistente esta
entre el apoyo y la fuerza motora. Por Ej.: la carretilla, es
destapador de botella, el rompenueces, etc.
Palanca de tercer gnero: para sta, la fuerza motora est entre el
apoyo y la fuerza resistente, por Ej.: las pinzas de coger hielo,
el pedal de una mquina de coser, etc.
Rendimiento mecnico de las palancas (RM): sabemos que: RM = Df /
Rdy que podemos medir con una regla el desplazamiento del esfuerzo
D y el desplazamiento de la resistencia Rd, llamando al primero
brazo de fuerza y al segundo brazo de resistencia, tendremos:
Problema: cual ser el rendimiento mecnico de una palanca cuyo
brazo de potencia es de 15 cm y el de resistencia 5 cm? RM = 15 / 5
= 3 (Se triplica la fuerza)Problema: Cul ser el rendimiento mecnico
de una palanca cuyo brazo de fuerza es de 5 cm y el de resistencia
15 cm? RM = 5 / 15 = 0,33 (escaso rendimiento) PREGUNTAS DE
EVALUACION:
1. La Esttica es la parte de la Fsica que estudia el estado de
los cuerpos: __ Sin actuar las fuerzas. __ Las fuerzas
equilibradas. __ Con movimiento rectilneo uniforme. __ Con fuerzas
en equilibrio o movimiento rectilneo uniforme.
2. La primera ley de Newton prcticamente define: __ El
movimiento rectilneo uniforme. __ La aceleracin de los cuerpos. __
La fuerza. __ Los cuerpos en equilibrio.
3. La fuerza es un agente fsico: __ Capaz de comunicar
aceleracin a un cuerpo __ Capa de cambiar estado de movimiento o
reposo de un cuerpo. __ Directamente proporcional a la masa y
aceleracin. __ Todas las anteriores.
4. Defina la unidad de fuerza llamada DINA:
5. El NEWTON es una unidad de fuerza del sistema de medidas: __
Cegesimal __ MKS __ Ingls __ Ninguna de las anteriores.
6. La representacin grfica de las fuerzas se las realiza
mediante magnitudes: __ Escalares __ Vectoriales __
Escalares-vectoriales __ Constantes significativas.
7. El sistema de 2 fuerzas paralelas es llamado CUPLA, cuando
tienen sus elementos: __ Igual sentido y diferente magnitud. __
Igual magnitud y sentidos opuestos. __ Sentidos opuestos y
diferente magnitud. __ Puntos de apoyos diferentes e igual
magnitud.
8. Con cero de roce, si dejamos caer simultneamente cuerpos de
diferente peso y volumen, primero llegar al suelo: __ El ms pesado
y de de menor volumen. __ El de mayor volumen y menos pesado. __ El
ms pesado y de mayor volumen. __ Todos por igual.
9. Hace variar la fuerza gravitacional la: __ La distancia del
Sol. __ La distancia a la Luna __ Fuerza magntica terrestre __ La
distancia al centro de la tierra.
10. Se llama densidad de los cuerpos a la relacin que existe
entre: __ Peso y la masa. __ Volumen y masa. __ Peso y volumen. __
Masa y gravedad.
11. El despegue de un cohete por combustin se explica por la: __
Primer ley de Newton. __ Segunda ley de Newton. __ Tercera ley de
Newton. __ Ley gravitacional.
12. El centro de gravedad es la: __ La concentracin de todo el
peso del cuerpo. __ El equilibrio del cuerpo. __ La concentracin de
todo el peso y el equilibrio del cuerpo __ El desplazamiento y la
inercia del cuerpo.
13. La velocidad en el movimiento rectilneo uniforme resulta de
la relacin entre: __ Espacio y aceleracin. __ Aceleracin y tiempo.
__ Espacio y tiempo. __ Espacio, tiempo y aceleracin.
14. El radin es una medida de espacio del movimiento circular
que corresponde al: __ Dimetro del crculo __ Longitud de la
circunferencia __ Radio del crculo __ Ninguna de las
anteriores.
15. Si un cuerpo tiene un movimiento circular con una velocidad
de 3 radianes por segundo, en 5 segundos cul es el espacio
recorrido, si el radio del crculo es de 3 mts? 16. El elemento que
mantiene la fuerza centrpeta es: __ La fuerza gravitacional en el
caso de los satlites. __ La fuerza magntica en el caso de cuerpos
magntico: __ La cuerda que une al cuerpo con que impulsamos al
movimiento circular. __ Todas las anteriores.
17. La fuerza centrfuga aparece como respuesta a la: __ Ley de
la inercia. __ Ley de la accin y reaccin. __ Segunda ley de Newton.
__ Ley de Coulomb..18. Un caballo de vapor es igual a: __ 273 Watt
__ 680 __ 746 __ 981
19. Qu dice la ley de las mquinas?
20. El rendimiento mecnico es la relacin que existe entre la: __
Fuerza resistente y la distancia de desplazamiento. __ Fuerza
resistente y la fuerza activa. __ Fuerza activa y la distancia de
desplazamiento. __ Potencia y fuerza resistente.
21. Qu es el rendimiento mecnico?
22. Las palancas de primer gnero tienen en el centro su punto
de: __ Resistencia __ Apoyo __ Potencia __ Equilibrio.23. Las
palancas de segundo gnero tienen en el centro su punto de: __
Resistencia __ Apoyo __ Potencia __ Equilibrio.
24. Las palancas de tercer gnero tienen en el centro su: __
Resistencia __ Apoyo __ Potencia __ Equilibrio.
25. Cul es el rendimiento mecnico de una palanca cuyo brazo de
potencia es de 20 centmetros y el de resistencia 10 centmetros?
26. Una tijera representa una palanca de: __ Primer gnero. __
Segundo gnero. __ Tercer gnero. __ Cuarto gnero.
27. La carretilla de una rueda representa una palanca de: __
Primer gnero. __ Segundo gnero. __ Tercer gnero. __ Cuarto
gnero.28. El pedal de un acelerador de vehculo representa una
palanca de: __ Primer gnero. __ Segundo gnero. __ Tercer gnero. __
Cuarto gnero
29. El coeficiente de rozamiento es la relacin entre la fuerza:
__ De Rozamiento y el peso del cuerpo. __ Activa y el peso de un
cuerpo. __ Activa y la fuerza de rozamiento __ Ninguna de las
anteriores
30. El objetivo de una mquina es de que se realice el trabajo:
__ En el mayor tiempo posible usando la mayor cantidad energa
posible. __ En el menor tiempo posible usando la menor cantidad
energa posible. __ En mayor proporcin sin importar el tiempo. __
Ninguno de los anteriores.
SISTEMAS BIOFISCOS MECANICOS
Los sistemas biofsicos mecnicos, son el conjunto de relaciones
de los sistemas musculares y esquelticos. De esta armona depende el
desempeo en lo relacionado al sostn y movimientos de los diferentes
sitios de la economa; entonces, cuando un msculo o hueso se altera,
repercute en la movilidad, centro de gravedad o algo ms complejo
como es la marcha.
En ocasiones vemos que cuando se inmoviliza una articulacin, los
msculos adyacentes que la mueven se atrofian y fibrosan e inclusive
en los huesos hay disminucin de su masa, lo que alterara la funcin
msculo-esqueltica. Cuando no hay orden motora del Sistema Nervioso
Central tambin sobreviene la inmovilidad con iguales consecuencias,
admitindose que siempre se cumplir el principio de que la funcin
hace al rgano.
El aplicar conocimientos de la Fsica en el sistema msculo
esqueltico, significa recordar o saber lo que es la Esttica,
Cinemtica y Dinmica para comprender el funcionamiento de este
sistema, y a su vez que nos ayuden a resolver problemas resultados
por alteraciones o incongruencias de los msculos, huesos o
superficies articulares; por ello, el conocimientos de los fenmenos
biomecnicos servir de base para integrarse en la Medicina Fsica y
rehabilitacin, donde nos iniciaremos primero en recordar las
estructuras anatmicas e histolgicos de huesos y luego de msculos,
lugar donde incidirn los fenmenos biofsicos.SISTEMA ESQUELETICO
Estructura general de los huesos: en el ser humano los huesos
son estructuras blanquecinas, duras y resistentes, de cuyo conjunto
en un individuo forman el esqueleto. Los huesos se ubican en el
centro de los tejidos blandos (msculos, aponeurosis, ligamentos,
etc.), sirviendo de sostn y formar cavidades (torcica, craneal y
abdominal principalmente), para albergar rganos y protegerlos; y
por ltimo, para formar palancas con las masas musculares y tendones
que se insertan en sus superficies, formando la parte pasiva del
aparato locomotor.Nmero: el nmero de huesos del esqueleto es de
208, distribuidos as: 7 cervicales, 12 dorsales, 5 lumbares y sacro
y 1 coxis, 8 en el crneo, 14 en la cara, 1 hioides, 8 en los odos,
24 costillas, 2 omplatos, 1 esternn, 64 en los miembros superiores,
y 62 en los inferiores.Los huesos de acuerdo a su forma se
clasifican en: largos, anchos y cortos. Huesos largos: son en los
que la longitud domina sobre las otras dos dimensiones.
Generalmente se los ubica en las extremidades, tiene numerosas
inserciones musculares dispuestas en tal forma, que el hueso acta
como palanca que incrementa la potencia en la contraccin que los
msculos realizan.
El cuerpo de un hueso largo se llama difisis, y los extremos se
denominan epfisis. En los nios, entre las epfisis y las difisis,
hallados un disco cartilaginoso llamado cartlago de crecimiento o
metfisis. Dentro del hueso largo hay una cavidad medular central
llena de tejido conectivo grasoso que es la mdula amarilla. La
cavidad medular est tapizada por una membrana delgada llamada
endostio, mientras que la superficie externa la cubre una membrana
de tejido conectivo denominada periostio. En forma general los
huesos tiene una delgada capa externa llamada hueso COMPACTO, muy
denso y duro, esta capa se ubica muy cerca de las superficies seas,
donde dan gran resistencia. En los huesos largos, en sus epfisis,
hallamos el tejido seo ESPONJOSO, formado por trabculas seas de
paredes finas y frgiles, llenas de mdula sea roja (hematopoytica).
Tambin existe hueso esponjoso en el esternn y en el coxal.
Histologa: el hueso compacto consiste en unidades ahusadas
entrelazadas que se llaman osteomas o sistemas Havers. Dentro del
osteoma, las clulas maduras (osteocitos) se hallan en pequeas
cavidades, las lagunas seas. Estas estn dispuestas en crculos
concntricos, circundando los conductos de Havers centrales. Por
stos pasan los Vasos sanguneos que nutren el tejido seo.
Prolongaciones filiformes del citoplasma de los osteocitos van por
estrechos conductos llamados canalculos, que hacen posible la
interconexin entre los osteocitos. . El hueso esponjoso consiste en
una maraa de filamentos seos delgados, cuyos espacios trabeculares
estn llenos de mdula sea roja con sus elementos celulares
hematopoyticos (Fig. 18).1.- Superficie exterior
2.- Tabla externa
3.- T. esponjoso (diploe)
4.- tabla interna (tejido compacto)
Fig. 18T ESPONJOSOHUESO LARGOCARTILAGODE CRECIMIENTODIAFISIST.
COMPACTO
Huesos anchos: Estos son tambin llamados planos, porque las
dimensiones de longitud y anchura dominan sobre el espesor, siendo
las dos primeras casi siempre iguales entre s, por Ej.: el frontal,
parietales, occipitales, etc. En estos observamos la tabla interna
y externa de tejido compacto, limitando al tejido esponjoso
(diploe).
El esqueleto del hombre como todo vertebrado, tiene dos
divisiones principales: el esqueleto axil y el esqueleto
apendicular.
Esqueleto axil: est colocado a lo largo del eje central del
cuerpo, y est formado por: el crneo, columna vertebral, costilla y
esternn.
Esqueleto apendicular: est formado por los huesos de las
extremidades ms los huesos que forman las cinturas que conectan los
apndices con el esqueleto axil -cintura escapular o torcica y la
mayor parte de la cintura plvica
(Biologa de Villee, 3 Ed. Pag. 739)
ESTTICA DEL SER HUMANO.- Si pensamos que el cuerpo humano es un
cuerpo rgido, la posicin de pie solo ser posible cuando el centro
de gravedad est en la vertical que pasa por el polgono de
sustentacin, el cual est limitado por una lnea que contornea el
reborde de las plantas de los pies. Al separar los pies, aumenta la
superficie del polgono y la estabilidad del individuo.
186
1
El centro de gravedad vara segn la posicin del cuerpo. En la
posicin de pie, el centro de gravedad est a 4 centmetros por encima
de la articulacin coxofemoral, y a 1centmetro por detrs de la lnea
horizontal que une estas articulaciones. Para saber dnde se
encuentra el centro de gravedad, es necesario establecer por
segmentos los centros de gravedad correspondientes. Si todas las
molculas del cuerpo humano estn sometidas a pequeas fuerzas
gravitacionales de igual sentido y de igual direccin, es fcil
buscar las resultantes de cada segmento.
Centro de gravedad de la cabeza: este centro se halla en la
cavidad posterior del crneo, inmediatamente por detrs de la silla
turca, en una lnea que une el punto de adhesin de ambas orejas; por
tanto, el centro se encuentra por delante de la articulacin
occpito-atloidea. Esta disposicin hace que la cabeza tienda a caer
hacia delante, lo que se demuestra en el cadver o en el sueo, por
inhibicin de los msculos de la nuca, los que normalmente gracias a
su tono efectan la traccin de la cabeza hacia atrs.
Centro de gravedad del trax: este centro de gravedad se halla
por delante del eje central del cuerpo, motivando cierta tendencia
a proyectarse hacia delante, lo que es evitado por la contraccin de
los msculos espinales. La atrofia de estos msculos durante la
vejez, produce no solo deformaciones de la columna vertebral, sino
tambin prdida de la posicin erguida.
Centro de gravedad de la parte inferior del tronco: este centro
de gravedad se encuentra algo por detrs de la lnea coxofemoral,
siendo impedida la cada hacia atrs por la contraccin de los msculos
psoas iliacos, y por el sostn de los msculos y ligamentos que
cubren la cara anterior de la articulacin coxofemoral.
Centro de gravedad de la rodilla: el centro de gravedad de las
partes que estn por encima de ella, est situado por delante de la
articulacin, lo que causar la cabida del cuerpo hacia delante, si
los msculos extensores no lo impidieran.Centro de gravedad a nivel
del pie: este centro de gravedad se encuentra ligeramente por
delante, pero los msculos de la pantorrilla lo llegan hacia atrs.
La rigidez que necesita el pie para soportar esta traccin, est dada
por sus propios msculos.(Biofsica de Cicardo, 7 Ed. Pag. 20).
RESISTENCIA DE LOS HUESOS.- Los huesos son elementos que
intervienen en la esttica y dinmica del cuerpo humano de manera
eficaz, por sus propiedades mecnicas y por sus formas y
arquitectura que se adaptan a las funciones que desempean.
Concepto de huesos: Los huesos son materiales slidos amorfos
(istropos) hasta cierto punto elsticos, pero frgiles; ya que,
cuando se sobrepasan los lmites de elasticidad se fracturan sin
alcanzar deformaciones permanentes, que se observan en los cuerpos
plsticos por flexin o por torsin. Los huesos largos tienen una
difisis casi siempre de forma prismtica triangular irregularmente
cilndrica, con laminillas condensada en la superficie de los mismos
y una cavidad central precedida de tejido esponjoso. Esto hace
particularmente resistente la difisis de los huesos, ya que se ha
visto mediante experimentos que los tubos prismticos (cuadrados o
triangulares) huecos, caso de los huesos, tienen mayor resistencia
a deformarse por una fuerza, que los tubos prismticos y circulares,
macizos.
En los huesos largos sucede una paradoja mecnica, porque si
bien, en la difisis predomina el tejido seo compacto y resistente,
en las epfisis, donde incide la mayor presin se concentra el tejido
seo esponjoso frgil. La fragilidad se explica porque este tejido
esponjoso est formado por celdillas limitadas por laminillas muy
delgadas, que fcilmente se aplastaran mediante escasa fuerza.
Entonces, cmo son capaces los huesos largos de soportar cargas
relativamente grandes, sin aplastarse. Esto es como si fueran las
vigas de un edificio que soporta cargas elevadas, sin siquiera
deformarse, debido a la correspondencia en cada piso de las vigas;
por esto mismo, la correspondencia que existe entre la distribucin
trabecular y las trayectorias de las fuerzas dadas por la carga que
soporta el hueso, explicaran este efecto sorprendente. Esto es tan
solo un supuesto terico que hbilmente trataron de explicar Culmann
y Mayer en su teora.
Teora de Culmann y Mayer: esta teora establece que: La
distribucin trabecular de los huesos es igual a las trayectorias de
las fuerzas principales en los cuerpos elsticos similarmente
cargados. En base esta teora puede calcularse de forma compleja, el
trayecto de las fuerzas en los huesos comprimidos, aunque seguir
siendo una suposicin terica (Fig. 19).Hace poco, Milch, por
artificios fotoelsticos, logra fotografiar las lneas de fuerzas en
los huesos, sin la necesidad de recurrir a complicados clculos que
son obligados segn la teora de Culmann y Mayer. Fig. 19
Este mtodo se basa en que las sustancias istropas o amorfas como
los huesos, se vuelven birrefringentes cuando estn siendo cargadas
o sometidas a presiones. La birrefringencia ocurre con la luz
polarizada, que cuando es aplicada en los huesos cargados, aparecen
en estos las trayectorias de las fuerzas (Fig.20). Con esta
experimentacin la teora de Culmann y Mayer se convierte en ley o
principio. Fig. 20
(Biofsica de Cicardo, 7 Ed. Pag. 62)
ESTRUCTURA DE LOS MSCULOS.- El tejido muscular consta de clulas
alargadas con la capacidad de contraerse y generar una fuerza de
traccin, motivando movimiento de los diferentes sectores del
individuo biolgico. El conjunto de estas clulas forma, en los
vertebrados, unidades llamadas msculos, que son considerados
verdaderos rganos con funcin motora, apoyndose y transmitiendo
fuerzas mediante tendones sobre un sistema seo. Tipos de msculos:
fundamentalmente existen dos clases de msculos:1. Voluntario o
estriado (de la vida animal)1. Involuntarios (de la vida
vegetativa), que se divide en: liso y cardiaco.Msculos estriados:
se llaman as: porque en sus clulas (fibras musculares) se
distinguen estras transversales sobre un fondo rojo, y la
contraccin est bajo la influencia de la voluntad. Estos se ubican
alrededor de los huesos que estn destinados a mover, ya sea en la
cabeza, tronco o extremidades.
Msculos lisos: son aquellos que en sus clulas fusiformes no se
observan estras, son de tono rojo plido y escapan a la accin de la
voluntad. Se encuentran formando capas en el tubo digestivo,
bronquios, vasos sanguneos, vas urinarias y reproductores.
Msculo cardiaco: es una variedad de msculo estriado que no
obedece a la accin de la voluntad. Siempre los msculos estriados
tienen una contraccin rpida y brusca, mientras que las fibras lisas
lo hacen lentamente.
El nmero de msculos estriados es de 501 (Sapey), que es igual al
40% del peso corporal total. Tambin los msculos se dividen segn su
forma en: largos, anchos y mixtos, y de acuerdo al tipo de
movimiento en: flexores, extensores, aductores, abductores y
circunductores.
Estructura macroscpica del msculo estriado: la seccin
transversal de un msculo esqueltico muestra una serie de paquetes
de fibras musculares o fascculos. Cada fascculo est rodeado de una
vaina de tejido conectivo o perimisio, que constituyen tabiques que
parten del epimisio o vaina conjuntiva que rodea al msculo. Los
fascculos estn formados de clulas alargadas o fibras.
Estructura microscpica del msculo estriado: la clula o fibra
muscular est rodeada por una membrana llamada sarcolema, y su
citoplasma est constituido por unidades filamentosas o
miofibrillas, las que a su vez estn formadas por dos tipos de
elementos filiformes an ms delgados: los filamentos de miosina
(gruesos) y los actina (delgados). El sarcolema hace mltiples
extensiones hacia dentro, formando un conjunto de formas huecas y
alargadas llamados tbulos T. En las miofibrillas mediante el
microscopio electrnico se observan adems la protofibrillas, cuyo
dimetro oscila entre 0,005 y 0,025 micras.
Los filamentos de miosina y de actina se disponen a lo largo de
las fibras musculares, en ciertos trechos superponindose. La
superposicin de miofilamentos produce el patrn de bandas o estras,
caractersticos del msculo estriado, que son una clara y otra
oscura. Las primeras son istropas y se llaman bandas I; las
segundas llamadas bandas A, son anistropas. Cada banda I a su vez
es atravesada por una estra llamada lnea Z (membrana de Krause). La
zona comprendida entre dos lneas Z se denomina sarcmera. En el
centro de cada banda A vemos una zona clara llamada banda H. La
lnea M es por un abultamiento central en cada filamento grueso de
miosina. Cada filamento de miosina contiene unas 200, molculas en
una disposicin paralela. Una molcula de miosina est formada por 6
cadenas polipeptdicas arrolladas una sobre otra para formar una
doble hlice.Un extremo de cada molcula de miosina est plegado en
dos estructuras globulares llamadas cabezas. Las cabezas
redondeadas de las molculas de miosina se extienden desde el cuerpo
del filamento de miosina, y se colocan sobre apndices flexibles en
forma de brazos. Las cabezas y los apndices forman juntos de
puentes transversales con los filamentos de actina.
En las cabezas de miosina ocurre la degradacin del ATP en
presencia de calcio, y se utiliza la energa liberada en la
contraccin muscular; en la cual, las molculas de actina y miosina
hacen traccin acortando las fibras, generndose un deslizamiento de
los filamentos de actina y de miosina, uno sobre otro.
Un examen de la fibra muscular con luz polarizada demuestra que
las bandas oscuras son anistropas, mientras que las bandas claras
son istropas. Estos fenmenos se observan fcilmente con fibras
simplemente fijadas con alcohol. Las zonas istropas y anistropas
existen tambin en las protofibrillas. Durante la contraccin la zona
anistropa disminuye de longitud. La anisotropa sera causada por la
miosina, globulina cuyas molculas estaran dispuestas en forma de
largos filamentos paralelos. En el segmento istropo estara otra
protena fibrilar, la actina, cuya doble refraccin es de signo
opuesto al de la miosina, neutralizando su poder ptico. La
estriacin anistropa, que se colora con cido fosfotngstico cuando el
msculo est relajado, presenta una concentracin local principalmente
de potasio, calcio y magnesio. La banda istropa parece tener
adinosintrifosfato (ATP). Durante la contraccin los electrolitos
migran a la zona istropa y luego vuelven a su posicin de reposo
(Biofsica de Cicardo 7 Ed. Pag637).
Fuentes de energa para el trabajo muscular: el msculo obtiene
energa a partir de la fosforilcreatina, adenosintrifosfato y cidos
grasos libre. En reposo utiliza la fosforilcreatina y cidos grasos
y durante el ejercicio el ATP.
El ATP es un trifosfato nuclesido que consta de tres partes
fundamentales:
1) Una base que posee nitrgeno (Adenina), que se encuentra
tambin en los cidos nucleicos.2) Un azcar de 5 carbonos llamado
ribosa.3) Un grupo fosfato (inorgnico)Los enlaces qumicos que
mantienen unidos a los grupos fosfato de ATP son inestables, ya que
por simple hidrlisis quedan deshechos. AI hidrolizarse el ATP, se
libera energa (7.3 Kcal/mol), parte de ella ir a formar nuevos
enlaces (Sntesis orgnica) y otra se transforma en calor que va al
entorno. As, la molcula de ATP se ir degradando en ADP y AMP,
otorgando energa; a su vez, mediante un proceso de fosforilacin con
ayuda de enzimas especficas se revertir el fenmeno restituyndose
los enlaces energticos.
ATP+H2O---------- ADP+ P + energaADP+H2O---------- AMP+ P +
energaAMP+P + energa------------ ADPADP+P + energa------------
ATP
Esta energa qumica proviene casi totalmente del catabolismo
aerbico (respiracin aerbica) de los nutrimentos, donde el mecanismo
ms usado es el desdoblamiento de la glucosa, formndose de 36 a 38
molculas de ATP. Si quemamos 1 mol de glucosa en un calormetro,
logramos 686 Kcal en forma de calor, y si 1 mol de ATP nos da 7.3
Kcal., significa que durante la respiracin aerbica de la glucosa
tendramos un total de energa aerbica de 263 Kcal (7.3 x 36); de aqu
que, la eficacia de la respiracin aerbica es de solo el 38% del
total (263/686), el resto de la energa se pierde como calor en el
entorno (Biologa de Villee, 3 Ed., Pag. 164)
PROPIEDADES FSICAS DE LOS MSCULOS.- Son esencialmente dos: la
elasticidad y la contractibilidad.
MUSCULO AISLADO EN REPOSO: la nica caracterstica que nos
interesa del msculo en reposo es su comportamiento elstico, razn
por la cual veremos a continuacin algunas nociones fsicas sobre la
elasticidad a la traccin.
Elasticidad a la traccin: si se aplica una fuerza de traccin, al
extremo de un hilo cuyo otro extremo est fijo, aquel sufre un
aumento de longitud l. Dentro de ciertos lmites, este alargamiento
obedece a la ley de Hooke si el hilo de un material homogneo, cuya
expresin es: l = Io . F / . S En esta ecuacin, Io es la longitud
del cuerpo cuando no est sometido a la tensin, S el rea de su
superficie de seccin y (theta) una constante llamada mdulo de
elasticidad o de Young, el cual, a una determinada temperatura,
depende del material.
El cociente entre la fuerza F y la superficie de seccin S del
segundo miembro de la expresin de Hooke se llama TENSION. Este
trmino se aplica en Fsica con varios significados distintos, en
este caso lo representamos con la letra griega (sigma) y la
llamaremos tensin del hilo o tensin de la fibra. Entonces:
= F / SHaciendo un reemplazo a la ecuacin anterior, resulta: l =
lo / . . De donde: = lo / l .
De acuerdo con la ltima expresin el mdulo de Young se expresa en
N/m2La longitud total lF que adquiere un hilo al aplicarle una
fuerza de traccin F est dada por:lF = lo + l Introduciendo en ella
el valor l = Io / . se obtiene: lF = lo + lo / .
Esta ecuacin se puede reordenar as: = / lo . lF - Por tanto la
representacin grfica de en la funcin de lFes una recta (Fig 21X)
cuyo punto de interseccin con el eje de abscisas es la longitud del
hilo cuando no se ejerce traccin, pues si lF = lo y = 0(Biofsica de
Frumento, 3 Ed, Pag. 72-73)
Fig. 21
DIAGRAMA LONGITUD-TENSION
ONREPRESENTACION DELA LEY DE HOOKE
X ZDiagrama de la longitud-tensin: si consideramos un diagrama
que represente la traccin muscular, constituido por una abscisa y
una ordenada, que en la primera valoramos la longitud del cuerpo y
en la segunda la fuerza o traccin, observaremos que no se cumple la
ley de Hooke, porque en vez de una figura recta obtenemos una
curva, ya que el msculo es un cuerpo heterogneo. En estado de
reposo, la mayora de los msculos, en el organismo, ejercen cierta
fuerza de traccin, en virtud de su elasticidad.
En la figura 21Z se ilustra la relacin entre la tensin y la
longitud del msculo. El punto A representa la longitud del msculo
aislado en reposo cuando no se aplica ninguna fuerza. Pero sta no
es la longitud que tiene (tambin en reposo) en el organismo, donde
el msculo se encuentra sometido a una pequea tensin. La longitud en
reposo en el organismo est dada en la grfica por la abscisa lo. La
figura 21Z muestra que el msculo no obedece a la ley de Hooke, pues
los incrementos de tensin necesarios para producir iguales
variaciones de longitud se tornan mayores a medida que la longitud
aumenta.Cuando se estira un msculo en reposo se puede observar que
las bandas A no modifican sus dimensiones; en cambio, se alargan
los discos I as como las bandas H.
Estos hechos son consecuencia del desplazamiento de los
filamentos finos respecto de los gruesos
Efecto viscoelstico: los resultados arriba descritos son con
fuerzas que actan el tiempo suficiente para conseguir el
alargamiento; pero si se estira al msculo con rapidez, la curva
longitud - tensin se deforma, desplazndose hacia arriba, es decir,
son necesarias fuerzas mayores para las mismas longitudes (Fig. 22
central). Si, una vez estirado, permitimos que el msculo se acorte
con rapidez, las fuerzas sern menores que las que corresponden al
equilibrio; ste efecto recibe el nombre de histresis, que puede ser
mayor cuando ms rpido sea el proceso.
CONTRACCIONTETANICASACUDIDASIMPLE
Fig. 22La histresis, por lo anterior descrito, se supone que se
debe al rozamiento interno o viscosidad, al cual, como todo
rozamiento, depende de la velocidad con que las partes se deslizan
unas sobre otras. Tal rozamiento obedecera a que puedan las cadenas
deslizarse entre s, pero las uniones laterales moleculares
impediran deslizamientos mayores.
MUSCULO EN ACTIVIDAD; desde el punto de vista mecnico, la
actividad del msculo se puede poner en manifiesto por un
acortamiento, por el desarrollo de fuerzas de traccin o por ambas
cosas. Este proceso recibe el nombre de contraccin muscular, y el
pasaje del estado de actividad al de reposo se llama relajacin. Una
representacin grfica de la contraccin es:
Sacudida simple: Si aislamos un msculo con su nervio y los
conectamos a un quimgrafo, al estimular el nervio con una descarga
elctrica el msculo se contrae bruscamente y se relaja de inmediato;
a este proceso se llama sacudida simple. Aqu, el acortamiento se
realiza en un tiempo ms breve que el de la relajacin (Fig. 22
izquierda).
Contraccin tetnica: cuando los estmulos son lo suficientemente
frecuentes, la relajacin no tiene tiempo de producirse, generndose
una contraccin tetnica o sostenida en meseta (Fig. 22 derecha).
Relacin entre longitud y fuerza: Para estudiar la relacin entre
la longitud y la tensin del msculo en actividad es necesario
producir la contraccin tetnica y efectuar las determinaciones en
ese estado.
Los resultados que se obtienen con el msculo sartorio de la rana
a diferentes longitudes se muestran en la figura siguiente (22Y).
En abscisas se representa la longitud l como fraccin dela longitud
en reposo lo, y, en ordenadas, la tensin , como fraccin de la
tensin mxima o.
La curva a representa la tensin del msculo en reposo, la curva b
corresponde a la tensin de un msculo en actividad y la curva c la
tensin contrctil.
La grfica muestra que el msculo ejerce su tensin mxima o, cuando
se halla en las cercanas de su longitud de reposos lo, y que
decrece tanto a longitudes mayores como menores.
Es decir, se demuestra grficamente mediante una curva longitud
-fuerza, que a partir de un mximo la tensin decrece al aumentar la
longitud, pero la fibra muscular puede ejercer una pequea fuerza
aun cuando se haya estirado hasta cerca del doble de su longitud de
reposo. Igualmente puede acortarse ejerciendo fuerza hasta el 20%,
aproximadamente, de dicha longitud. Adems, se puede demostrar que
la fuerza mxima que desarrolla un msculo es cuando se halla en
longitud de reposo.(Biofsica de Frumento, 3 Ed. Pag. 74)
El msculo trabaja en el organismo dentro de un margen
comprendido entre su longitud de reposo y los 2/3 de sta; nunca se
acorta a una longitud inferior que esa, a la cual solo llegara,
excepcionalmente. El msculo esqueltico humano puede ejercer una
tensin de 3 a 4 Kg/cm2 de seccin transversal (Biofsica de Frumento
3 Ed., Pag. 75).
TIPOS DE CONTRACCIN MUSCULAR: el acortamiento y el desarrollo de
tensin son manifestaciones de la contraccin muscular; estas dos
variables de la contraccin se pueden combinar de diferentes
maneras, dando lugar a las 4 formas de contraccin muscular, que
son: Isomtrica, isotnica, auxotnica y de poscarga
Contraccin ISOMTRICA: Cuando un msculo se contrae pero su
longitud no vara y solo vara la tensin o fuerza (Fig. 23). Para
obtenerla necesitamos fijar los extremos del msculo a soportes
fijos, donde tendrn una longitud 1 determinada y estar sometido a
una tensin F1. Este estado se representa en la grfica por el punto
A, que corresponde a la curva del msculo en reposo.
Al contraerse este msculo, por hallarse los msculos fijos, su
longitud no cambia y solo vara la tensin, que adquiere el valor
F11. Este estado est representado por el punto B. La contraccin
queda representada por el segmento AB.
Fig. 23
Es necesario aclarar que exactamente no existe contraccin
isomtrica pues ciertas partes del msculo pueden acortarse a
expensas del alargamiento de otras, o que se acorten fibras ya
actuadas a expensa de las que an no entraron en actitud.
Contraccin ISOTONICA: cuando un msculo al contraerse cambia de
longitud, pero mantiene constante la fuerza que ejerce durante toda
la contraccin (Fig. 24). Para llegar a esto, sujetamos un extremo
del msculo a un soporte fijo, y el otro extremo se ata a un hilo
que pasa por una polea y sostiene una pesa. Estando el msculo en
reposo, la tensin F1 que lo extiende, es la fuerza de la pesa y le
corresponde la longitud l1, la cual se representa en la grfica
mediante A.
Fig. 24
Al contraerse el msculo disminuye su longitud a l11 y eleva la
pesa al contraerse, ejerciendo constantemente la misma fuerza. La
contraccin est representada por el segmento AB
Contraccin AUXOTONICA: cuando durante la contraccin vara la
longitud y la fuerza ejercida por el msculo (Fig. 25). Aqu hay un
extremo fijo y el otro soporta una tensin F1dada por un resorte, y
el punto A representa este estado en lnea con l1
En la contraccin al retraerse el msculo se estira el resorte y
la fuerza va incrementndose hasta que la fuerza ejercida por el
resorte se equilibra con la fuerza que otorga la contraccin
muscular, y el punto B representa este estado en lnea con la
longitud disminuida l11.el segmento AB representa esta
contraccin.
Fig. 25Contraccin a POSCARGA: esta contraccin est formada por
una parte isomtrica y otra isotnica (Fig. 26). Para llegar a esto,
fijamos por un extremo al msculo y el otro extremo lo atamos a un
hilo que pasa por una polea y sostiene una pesa. El msculo en
reposo tiene la longitud l1 y est sometida a la tensin F1, que es
la necesaria para que el msculo en reposo adquiera dicha longitud.
El peso de la pesa es mayor que F1, pero el exceso es anulado por
un soporte en que aquella se apoya. Todo se inicia con una
contraccin isomtrica hasta que la fuerza ejercida por el msculo
iguala al peso de la pesa, esta fase est representada por el
segmento AB. Una vez alcanzad a dicha fuerza el msculo se acorta,
levantando la pesa, realizando as una contraccin isotnica, esta
segunda fase est representada por el segmento BC.
Fig. 26(Biofsica de Frumento 3 Ed., Pag. 78).
TRABAJO MUSCULAR:
Representacin grfica: en que el trabajo (W) que realiza el
msculo por unidad de seccin, de manera que en lugar de obtenerlo
multiplicando la tensin por el desplazamiento de su punto de
aplicacin, lo obtendremos multiplicando la tensin (sigma) y no la
fuerza- por el desplazamiento de su punto de aplicacin, para ser ms
breves llamaremos a esa magnitud trabajo en lugar de trabajo por
unidad de seccin. La representaremos con el smbolo W
Fig. 27
En el sistema de coordenadas, el trabajo se lo represente como
indicamos a continuacin: supongamos que la tensin (Fig. 27) se
halla aplicada en el punto A, a una distancia l1 del eje de
ordenadas. Si la fuerza est dirigida hacia B y se desplaza hacia
ese punto efectuar un trabajo que est dado por: W = . (l1 l2).
Este producto corresponde al rea que abarca al rectngulo
agrisado en la figura. En este ejemplo, la tensin se ha mantenido
constante a lo largo de la trayectoria, pero son frecuentes los
casos en los que la fuerza vara durante el desplazamiento
En la Fig.28 I, por Ej., la tensin se modifica desde el valor A
hasta n a lo largo de la trayectoria IA In. En este caso, el
trabajo puede ser calculado dividiendo el rea de la figura en
pequeos rectngulos de base l, sumando las reas de stos, o sea: W =
1 . l + 2 . l + 3 + .. 1 . l,
Fig. 28
y determinando el lmite de esta sumatoria cuando l tiende a
cero. De esta manera el trabajo viene dado por la integral:
En general, cualquiera que sea la forma de la curva que
representa la tensin en funcin de la longitud, el trabajo estar
dado por el rea delimitada por dicha curva, el eje de abscisas y
dos perpendiculares al mismo, trazadas por los puntos
representativos de las longitudes inicial y final (Fig. 28 II).
Fig. 29
Por ejemplo, en las Figs. 29 I, II y III, el rea agrisada en
cada grfico representa el trabajo realizado en una contraccin
isotnica, auxotnica y en una contraccin a poscarga.
Corresponde sealar que en esta figura, el rea ms oscura que
queda por debajo de la curva de reposo (a) no representa el trabajo
activo efectuado por el mecanismo contrctil, sino que proviene del
tejido conectivo y del sarcolema que constituyen el elemento
elstico en paralelo.
Trabajo interno: la presencia de un elemento elstico en serie
hace que, por ms que los extremos del msculo se fijen para obtener
una contraccin isomtrica, siempre el elemento contrctil puede
acortarse a expensas del elstico. Por ello, en la contraccin
isomtrica el mecanismo contrctil realiza trabajo, aunque ste no
sale al exterior. Este trabajo recibe el nombre de trabajo
interno.Potencia: al igual que en el caso del trabajo, nos
referimos a la potencia por unidad de seccin y la representaremos
como Po.Como sabemos, la potencia de una fuerza que se desplaza est
dada por: P = F . v Dividiendo ambos miembros por la seccin
obtenemos: P = . v
Si aplicamos esta ecuacin a los valores que representan las
curvas
Relacin entre tensin y velocidad:
CALOR MUSCULAR- Comparando la actividad de los msculos normales
con otros en los, que se bloque la formacin de ATP se demostr que
si el msculo se lo somete a contraccin isotnica consume menos ATP
que en la contraccin isomtrica. En consecuencia, el ATP no sera la
fuente de calor del acortamiento0. En cambio, cuando el msculo
realiza trabajo, el ATP consumido es directamente proporcional al
trabajo efectuado, por tanto, esa sustancia seria la fuente
energtica del trabajo muscular.
Usando termocuplas se registra el calor producido por los
msculos, que es muy pequeo y en intervalos breves. Mediante este
artificio deducimos la capacidad calorfica C del msculo, es con
gran aproximacin constante.
El incremento de temperatura t producida por una determinada
cantidad de calor Q est dada por: t = Q/C
Adems, la intensidad de la corriente I, dada por la termocupla
es directamente proporcional de t, de modo que: I = K. t = K.
Q/C
Como K y C son constantes, I es directamente proporcional a
Q.
Adems del calor generado por msculos en estado de reposo, el
calor que se da debido a la contraccin muscular puede ser dividido
en dos partes principales: el calor inicial y el de recuperacin. El
primero se produce durante la contraccin, el cual, durante la
sacudida simple puede durar una fraccin de segundo. El calor de
recuperacin se desprende a continuacin de la relajacin y su
produccin dura varios minutos. Es significativo el hecho de que
ambos calores son proporcionales.
El calor inicial se produce tanto en presencia de oxgeno como en
su ausencia, lo que indica que es consecuencia de la liberacin de
energa por parte de sustancias contenidas en el msculo. El calor de
recuperacin, en cambio, solo tiene la magnitud mencionada en
presencia de oxgeno, lo que indica que es consecuencia de las
oxidaciones que, a continuacin de la contraccin, reponen los
compuestos de alta energa consumidos durante el proceso (Biofsica
de Frumento, 3 Ed. Pag. 8).
LA MARCHA
Definicin: es la resultante de una serie de actos coordinados,
de iniciacin voluntaria y que se realiza luego automticamente. Por
tanto, la marcha requiere de un factor determinativo y de otro
elemento cerebro-espinal ejecutivo y coordinado.
La marcha en el hombre adulto se basa en la actitud vertical; en
el recin nacido, la anterior no es posible a causa del predominio
del tono de flexin.La marcha cuadrpeda aparece con la tonizacin de
la musculatura de extensin, hacho relacionado con la actividad
funcional de la esfera mesenceflica; el paso de la fase cuadrpeda a
la fase vertical, est relacionada con el desarrollo de cierta zona
del lbulo frontal, considerado como el mantenedor de la estacin
bpeda y de la marcha.
El hombre de pie movindose en terreno plano puede: 1) Avanzar y
retroceder, 2) Desplazarse hacia la derecha, 3) Desplazarse a la
izquierda, 4) Desplazarse en lnea recta, 5) Dar media vuelta, 6)
Dar un cuarta de vuelta y 7) Volver a partir vuelta.
Fig. 30Para estudiar el paso de una persona, se requiere
examinarlo en el plano sagital y en plano horizontal en los que
evoluciona; es decir, visto de perfil o de frente (Fig. 30)
Tambin se lo examina observando cierto movimiento giratorio del
busto y la pelvis, que se verifican en el plano horizontal, aunque
estos movimientos giratorios encuentran su expresin mxima en la
media vuelta y marcha oblicua, deben estar igualmente incluidos en
la marcha normal en lnea recta. Por lo tanto, la evolucin de la
persona en terreno plano, est en realidad regida por un componente
infinitamente ligado en los tres planos y que concede a la
armoniosa progresin en los diferentes modos de andar.
DUCROQUET describe 3 sistemas conjugados en la marcha bpeda, que
son: sistema de paso sagital, sistema de paso lateral y sistema de
paso giratorio en el plano horizontal
SISTEMA DE PASO SAGITAL: utiliza las articulaciones de amplia
movilidad como la tibio-tarsiana, rodilla y coxofemoral, son
impulsadas hacia la progresin por los msculos ms importantes de la
economa por su fuerza y volumen (cudriceps, glteo mayor,
etc.).SISTEMA DE PASO LATERAL: este es necesario en la marcha
bpeda, por desplazarse alternativamente de derecha a izquierda y de
izquierda a derecha del centro de gravedad del cuerpo. Participan
las articulaciones de la pronacin subastragalina y cadera (msculos
glteo mediano y menor) con exclusin de la rodilla.SISTEMA DE PASO
GIRATORIO EN EL PLANO HORIZONTAL: animado por los msculos de
orientacin en el plano horizontal (fibras superiores del glteo
mayor, transverso y oblicuo del abdomen, retromaleolares); precisa
el viraje astragalino por encima del calcneo, un avance pelviano
oblicuo alrededor de la cabeza del femoral y un giro en la cintura
escapular inverso al de la pelvis (Fig. 31).
Fig. 31Durante la marcha, los dos miembros inferiores se
separaran manera de las ramas de un comps, la cadera posterior
junto con el miembro rezagado y la cadera anterior con el situado
delante (Fig. 32). Se observa rotacin cotiloidea por encima de las
cabezas femorales que se encuentran en la anterior rotacin externa,
con una oblicuidad variable del eje transverso de la pelvis (paso
pelviano de Ducroquet).
Fig. 32COMPONENTES DEL PASO GIRATORIO PELVIANOEJEOBLICUO
El giro pelviano aparece exactamente compensado por otro inverso
de la cintura escapular transmitido por un movimiento axial
vertical de las articulaciones vertebrales, junto con un viaje
astragalino del calcneo (Fig. 33). Los sujetos de corta talla, usan
al mximo el paso pelviano y el giro inverso de la cintura
escapular, de lo que resulta una marcha agitada, en contraste con
los sujetos altos cuyo eje pelviano transverso se mantiene casi
perpendicular a la lnea de progreso, usando muy poco la compensacin
escapular.
Fig. 33PREGUNTAS DE EVALUACION
1. Qu dice la teora vitalista sobre el ser vivo?R. Dice que
existe una fuerza vital irreductible en los procesos fisicoqumicos
de los seres vivos, independientemente de las leyes naturales que
rigen a los seres inertes.
2. Qu es un ser inerte?R. Un ser inerte es aquel que tiene forma
y tamao, ocupa un lugar en el espacio y responde a leyes de la
Fsica y de la Qumica.
3. Qu dice la teora mecanicista o determinista sobre los seres
vivos?R. Dice que los seres vivos son sistemas materiales que
obedecen a las mismas leyes fsicas y qumicas que los seres
inertes
4 Cul es el concepto mecanicista de ser vivo?R. Un ser vivo es
un sistema material que se encuentran en constante intercambio de
sustancias con el medio que lo rodea que asimila y se reproduce
5. Por qu el concepto de ser vivo no es vlido?R. Porque las
palabras asimilar y reproducir bien pueden ser caractersticas de
otros sistemas materiales inertes; por Ej.: la llama de un mechero,
en cuya combustin se asimila oxgeno y elimina CO2, reproducindose
el fenmeno mientras no se agosten combustible y comburente
6. Por qu los virus no deben ser considerados seres vivos?R. Por
no reproducirse libremente, pues para ello requieren introducirse
en otros individuos. Por no poseer ncleo, ribosomas ni otros
arganelos. Por cristalizar como los sistemas materiales
inertes.
7. En la arbitraria escala de complejidad creciente, la divisin
entre seres inertes y vivos estn los:R. __ Parsitos __ Bacterias X
Virus __ Metozos
8 Por qu los virus son considerados seres vivos actualmente?R.
Por poseer cidos nucleicos capaces de replicarse, por la
participacin de proten