Biomecánica aplicada a la Fuerza

La Biomecánica aplicada a la Fuerza, ha cobrado gran interés dentro de las Ciencias de la actividad física y el deporte, en este artículo se analizarán los distintos tipos de fuerza que interactúan en el movimiento y el ejercicio físico.

¿Qué es la Biomecánica aplicada a la Fuerza?

Las fuerzas pueden ser clasificadas de diferentes maneras, y dentro de la Biomecánica aplicada a la fuerza, se pueden clasificar según los efectos que tengan sobre los cuerpos, además, toda fuerza depende de sus vectores, caracterizándose por tener magnitud y dirección, y pueden modificar su velocidad, vencer la inercia o poner en movimiento, al objeto que este inmóvil (3, 13).

Además, las fuerzas son manifestaciones que producen aceleración en los cuerpos sobre los que actúa, y su unidad de medida es en Newton, además cualquier cuerpo permanece en estado de reposo o equilibrio si las sumas de los vectores es igual a cero (9 y 12).

Por ejemplo, la lucha libre, el esgrima y el levantamiento de pesas, requieren de equilibrio y estabilidad, mientras que correr, saltar o zambullirse al agua, se pueden manejar siempre y cuando haya inestabilidad controlada (12).

En estas, encontramos: la fuerza interna o externa normal (perpendicular), ténsil, de cizalla o de fricción. Además, dos o más fuerzas que actúen sobre un cuerpo, pueden ser coplanares, colineales, concurrentes o paralelas (10).

Por su parte, las fuerzas que actúan en un gesto deportivo o ejercicio, sobre el sujeto, son múltiples, y al identificarlas nos permitirá encontrar la relación vectores-fuerza, para obtener la resultante en un gesto o movimiento dado, y así poder analizaros desde la Biomecánica aplicada a la Fuerza.

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Las máquinas isoinerciales son una tecnología de entrenamiento muy utilizada dentro del mundo del rendimiento deportivo.

Sin embargo, su aplicación dentro del ámbito de la mejora de la salud tiene mucho camino por recorrer, tratándose de herramientas muy útiles las cuales aportan multitud de beneficios a nivel fisiológico y funcional.

En esta certificación explicaremos los beneficios y aspectos más importantes de su utilización en otro tipo de colectivos más alejados del rendimiento deportivo.

Clasificaciones de las Fuerzas

La Fuerza, desde el punto de vista de la física, es toda acción capas de lograr modificar el estado de equilibrio o reposo de un objeto, además se representan por los vectores, definidos como un segmento, recta o flecha compuesta de módulo o magnitud, dirección y sentido (2).

Las fuerzas, se representan desde su punto u origen y finalizan en sus extremos, se pueden trasladar sobre una línea de acción y García Flores (1997), menciona 4 características:

1.  La magnitud, es el tamaño de la fuerza, conocido como módulo. Las unidades que representan son kilogramos, gramos, libras, newton y toneladas.
2. La dirección, es el ángulo de inclinación, con respecto a su eje, representada por grados o por la pendiente de la fuerza.
3. El sentido, es la orientación que tiene en el espacio.
4. Y el punto de aplicación, es el origen de la fuerza.

Vectores de torque y momento dentro de la biomecánica aplicada a la fuerza

Estos vectores, dentro de la Biomecánica aplicada a la fuerza, se conocen por su denominación «brazo de palanca o de momento», en el cual su magnitud es igual a la magnitud de la fuerza y de la longitud en relación a la distancia más corta entre el punto y la línea de acción de la fuerza (10).

En cuanto al Torque, es la acción rotacional y de torsión, y el momento se relaciona con la flexión. Además, cuando una fuerza actúa fuera del centro de gravedad o fuera del efecto de la propia fuerza sobre el cuerpo, también tiene lugar el momento rotacional (10).

Por su parte, Gottlob (2008), menciona que el momento de rotación, intentará torcer el cuerpo en caso de que este, esté fijado.

Fuerzas coplanares y espaciales

Son las fuerzas que actúan en un plano y un espacio, y se clasifican en colineales, concurrentes y paralelas, según (2).

Por otro lado, dos conceptos de interés se debe mencionar: la tensión, son dos fuerzas con misma magnitud y misma línea de acción, con diferente sentido, en el cual aplicándolas desde sus extremos, tratan de estirar o jalar, por ejemplo la cinchada (2).

La compresión, dos fuerzas de la misma magnitud y línea de acción, con diferente sentido, en el cual si se aplica desde sus extremos trata de aplastar (2).

Dicho esto, Zurita Esquivel  (2003), describe cada una de ellas:

1. Fuerzas colineales: todas las fuerzas aplicadas se encuentran en una misma recta.
2. Fuerzas concurrentes: fuerzas en la cual concurren en un mismo punto de acción.
3. Fuerzas paralelas: La recta de acción son paralelas entre sí.
4. Fuerza no concurrentes: estas no pertenecen a los sistemas anteriores.

5 tipos de Fuerzas dentro del estudio de la Biomecánica aplicada a la Fuerza

Dentro del ámbito deportivo, entrenamiento o rehabilitación, o de la Biomecánica aplicada a la fuerza, cuando los deportistas comienzan a realizar determinadas destrezas, o movimientos, encontramos que hay diferentes fuerzas que actúan sobre sus cuerpos, y con ello, la fuerza de gravedad ejerce atracción sobre el cuerpo, la fuerza de los fluidos actúa sobre el cuerpo en interacción con el viento o el medio liquido, y la fuerza de rozamiento es la interacción de fuerzas internas y externas, además  se encuentran la fuerza elástica, centrípeta y centrifuga.

1- Fuerza de gravedad

Una de las fuerzas que se encuentra presente en el análisis de los movimientos y de la Biomecánica aplicada a la fuerza, es la fuerza de gravedad, para ello el estudio de los cuerpos en estado de equilibrio (estática) es necesario, además esa fuerza se expresa en Newton (N), por lo que 1N, es igual a un cuerpo de una masa de 1kg, que es acelerado a 1 m/s2 (1).

Se caracteriza por ejercer atracción sobre un cuerpo, pero no todas las fuerzas que se aplican sobre un cuerpo, generan movimiento o desplazamiento, de igual manera se calcula multiplicando la masa del cuerpo por la aceleración de la gravedad (1).

Por otra parte, el conjunto de fuerzas que actúan sobre los cuerpos, sirven de referencias para la acción de dicha fuerzas.

Centro de gravedad y centro de masa

La posición por donde actúa dicha fuerza en el cuerpo humano, se llama centro de gravedad, conocido como la ubicación en la estructura media del cuerpo por donde se concentra el peso total del cuerpo (1).

Otra manera de definirlo, es desde el punto de vista del equilibrio, donde la sumatoria de las fuerzas que actúan sobre ese cuerpo, es igual a cero, además puede estar dentro o fuerza del sujeto (1), por ejemplo en una competencia de ciclismo al momento de doblar las curvas.

En el cuerpo humano, el centro de gravedad se sitúa ligeramente delante de la segunda vértebra sacra, y este cambia de acuerdo a las circunstancias a la que está sometido ese cuerpo, por ejemplo el centro de gravedad se desplaza hacia adelante en una mujer embarazada o un sujeto con obesidad (1).

Otro ejemplo, el centro de gravedad también es influido en relación a si el sujeto posee algún elemento, por ejemplo el tenista, al tener que contemplar el peso de la raqueta.

Por otro lado, el centro de masa, es el punto de un cuerpo donde se supone que estará concentrada la masa, o la mayor parte de la masa de ese cuerpo, y es donde actúa la fuerza neta o sumatoria de fuerzas, la cual será responsable de que el cuerpo cambie el estado inercial del movimiento (1).

Para ello, en la imagen nº3 se observa las similitudes y diferencias entre el centro de gravedad y el centro de masa.

Por su parte, dentro de la actividad física o la Biomecánica aplicada a la fuerza, modificando la posición del Centro de gravedad, podría ser una estrategia de cara a dificultar o intensificar el ejercicio dado.

2- Fuerza de los fluidos o presión

Cuando el cuerpo está sumergido en agua o influenciado por el viento, estos ejercen una fuerza perpendicular a la superficie del cuerpo, y esta fuerza se denomina presión del fluido (P), y su unidad de presión es el Pascal (Pa).(6).

Una unidad de presión muy habitual es la atmósfera, que es la presión que ejerce el aire sobre el mar, además la presión de los fluidos difiere de un lugar a otro (6), de esta manera Varás Cordero, D (2006), menciona que las moléculas de gases de la atmósfera ejercen una fuerza denominada presión atmosférica, que equivale a 1000 g. por cm2 a nivel del mar, pero disminuye con la altura.

Por ejemplo: en el buceo, la presión provocada por el agua aumenta cuanto mayor es la profundidad, y en el aire, el montañista, observará que la presión disminuye a medida que la altura aumenta, tal es así que Muñoz Aldavero, I (2017), menciona que el problema principal de realizar actividades deportivas a grandes alturas, es por la dificultad del aporte de Oxígeno, a partir de los 3000 metros de altura, este aporte de Oxígeno desciende bruscamente.

Por otra parte, el peso del cuerpo sumergido en el agua, queda sometido a dos fuerzas; la fuerza de gravedad y la fuerza de flotación o de empuje, por ejemplo en la natación, tal y como se observa en la imagen nº4 (6).

Por su parte, Levine, B y colaboradores (2006), manifiestan que vivir en la altura, a 2500 metros y entrenar a baja altura 1250 metros, parece que en corredores de Elite y de nivel, en un entrenamiento de 4 semanas, a una intensidad alta, mejoró su rendimiento a nivel del mar, ya que su estudio se basó en 14 hombres y 8 mujeres de nivel de Elite.

3- Fuerza de Rozamiento

Otra fuerza que se debe considerar en la biomecánica aplicada a la fuerza, son las fuerzas internas y externas, estas cumplen un papel importante a la hora de observar el tipo de interacción que tienen los cuerpos.

Para ello Llano Salvador (1999), define a las fuerzas externas, como la representación de la acción de otros cuerpos sobre el cuerpo rígido en consideración, con lo cual es la responsable del comportamiento externo de ese cuerpo, que hará que se mueva o no, por ejemplo: un levantamiento de pesas, y las fuerzas internas, son las fuerzas que mantienen a las partículas en interacción y que forman parte de ese cuerpo, por ejemplo la contracción muscular.

Además, las fuerzas internas permiten intercambiar energía interna, en energía cinética del centro de masas, y en cuanto a las fuerzas externas, juega un papel muy importante en la segunda ley de Newton (Ley de la Fuerza o Dinámica) (5).

Aquí, encontramos a la fuerza de rozamiento, en la cual un sólido desliza sobre otro, además este tipo de fuerza se dà tanto en el exterior como en el interior, tal es así que puede existir rozamiento de las articulaciones en un movimiento (7).

En este tipo de fuerza, encontramos la fuerza de rozamiento estática, la cual se aplica fuerza sobre un objeto y no logra desplazarla, pero cuando logra desplazar el cuerpo esa fuerza, estamos ante una fuerza de rozamiento dinámica (7).

4- Fuerza elástica

Al momento de someternos al entrenamiento de fuerza, el músculo tiene la capacidad de contraerse o estirarse.

Para ello la elasticidad es una de las propiedades que hace recuperar su tamaño y forma original luego de haber sido comprimido o estirado por una fuerza externa (11).

Y es aquí, donde la Ley de Hooke cobra gran importancia, ya que afirma que la deformación elástica que sufre el cuerpo, va a ser proporcional a la fuerza que se produce, siempre y cuando soporte el límite de elasticidad, este límite está modulado por la estructura molecular del material (11).

Al momento de ejercer una fuerza externa, se crea una tensión en el interior, con lo cual las moléculas se deforman, pero si están unidas entre sí, la deformación no será muy grande si el esfuerzo es elevado (11).

Por el contrario, si las moléculas se encuentran poco unidas, una tensión pequeña provocará una causa de deformación grande, pero esas moléculas van recuperar su forma original (11).

Por su parte, si la fuerza aplicada separa tanto las moléculas que no pueden volver a su posición, el material queda deformado y se rompe (11).

5- Fuerza centrífuga y centrípeta en la Biomecánica aplicada a la fuerza

Estos movimientos de índole angulares, se producen por la modificación de la velocidad, dependiendo del recorrido angular que realice (7).

Es así que la tercera de Ley de Newton (Acción- Reacción), explica que si el movimiento se origina con sentido radial con respecto al eje de giro, y hacia dentro, esta será una fuerza centrípeta y la otra fuerza con sentido hacia afuera es la fuerza centrifuga (7).

Tal es así, que podemos encontrar ejemplos de este tipo de fuerza en un lanzamiento de balón en handball, un lanzamiento de martillo, un corredor de pista en relación al radio de giro interno o externo o una gimnasta (7).

Conclusiones de Biomecánica aplicada a la Fuerza

Con el fin de poder contextualizar  la biomecánica aplicada a la fuerza, se puede decir que el estudio de las fuerzas y de como actúan en el cuerpo, tanto en posición estática como en movimiento, nos permitirá tomar mejores decisiones a la hora de organizar la planificación o correcta selección de ejercicios en interacción individual y a las necesidades del sujeto y a la hora de evaluar el movimiento.

Por su parte, la fuerza es la capacidad de ejercer una acción sobre un cuerpo para que este cambie su estado, y se encuentra determinado por sus vectores, el cual comprende la magnitud o longitud con la que se aplicada esa fuerza, tomando la Biomecánica aplicada a la fuerza para su estudio.

Posteriormente, desde la Biomecánica aplicada a la fuerza, encontramos que las fuerzas que actúan sobre los cuerpos u objetos, principalmente la fuerza de gravedad juega un papel muy importante ya que ejerce una fuerte atracción sobre los cuerpos, por su parte la fuerza de presión o de los fluidos van a jugar un papel importante en el rendimiento del atleta.

Por otro lado al momento de realizar determinado ejercicio, se necesitaría de la interacción de las fuerzas internas y externas que se dan en ese momento.

Finalmente, la biomecánica aplicada a la fuerza nos permite tomar aspectos importantes de la física y de la mecánica para que de esta manera podamos contextualizar nuestros entrenamientos de la mejor manera posible.

Referencias Bibliográficas

1. Estrada Bonilla, Y. (2018). Biomecánica: de la física mecánica al análisis de los gestos deportivos. Universidad Santo Tomás. Facultad de Cultura Física y Deporte y Recreación. Ediciones USTA. Biomecánica aplicada a la fuerza
2. García Flores, C. (1997). Conceptos fundamentales de la estática. Universidad Autónoma Metropolitana. México. Editorial Azcapotzalco. Biomecánica aplicada a la fuerza.
3. Giancoli, D. C. (2002). Física: Para universitarios. Vol. 1. México: Pearson Educación.
4. Gottlob, A. (2008). Entrenamiento muscular diferenciado. Barcelona: Paidotribo.
5. Güemes, J. y Fiolhais, M. (2016). Trabajo de las fuerzas internas. Nota de clase. Biomecánica aplicada a la fuerza
6. Gutiérrez Dávila, M. (1998). Biomecánica aplicada a la fuerza. Biomecánica deportiva. Bases para el análisis. Madrid: Síntesis.
7. Izquierdo, M. (2008). Biomecánica y bases neuromusculares de la actividad física y el deporte. Madrid: Panamericana.
8. Llano Salvador, R. (1999). Estadística aplicada. Editorial de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Cuyo.
9. Marrero Miralles R,. (2000). Biomecánica clínica del aparato locomotor. Editorial Masson.
10. Nordin, M., y Frankel, V. H. (2001). Biomecánica aplicada a la fuerza básica del sistema músculo esquelético. Madrid: Mc Graw Hill.
11. Sanger, A. Las fuerzas y su medición: Ley de Hooke. Escuela de Enseñanza Media N° 221 «Malvinas Argentinas», Villa Eloisa, Santa Fe. Biomecánica aplicada a la fuerza.
12. Scheneck D., Bronzino J., (2003). Biomechanics Principles and applications. CRC.
13. Wilson, J. D., y Buffa, A. L. (2003). Física. México: Pearson Educación. Biomecánica aplicada a la fuerza
14. Zurita Esquivel, M. M. (2003). Estática. Resultantes de Los Sistemas de Fuerzas. UNAM. Biomecánica aplicada a la fuerza
15. Levine, B y colaboradores (2006). El Entrenamiento Basado en «Vivir en la Altura-Entrenar a Baja Altura» Mejora el Rendimiento al nivel del mar en corredores de Elite de sexo masculino y femenino. Articulo publicado en el journal PubliCE, volumen 0. G-SE Deportes.  Biomecánica aplicada a la fuerza.
16. Muñoz Aldavero, I. (2017). Fisiología a grandes alturas. Universidad de Salamanca.
17. Varás Cordero, D (2006). Entrenamiento en hipoxia a nivel del mar en atletas de Motocross. Articulo publicado en el journal PubliCE, volumen 0. G-SE Deportes. Biomecánica aplicada a la fuerza.