BIOMECÁNICA APLICADA A LA GIMNASIA

ANÁLISIS BIOMECÁNICO POSICIONES ESTÁTICAS APLICACIÓN DE FUERZAS CONCEPTOS ADICIONALES LEYES DE MOVIMIENTO DE NEWTON FORMAS DE MOVIMIENTO ROTACIÓN BALANCEO RECEPCIONES

¿Qué es la Biomecánica? Aplicación de leyes mecánicas a estructuras vivas. Estudio de las fuezas que actúan sobre el cuerpo humano o son producidas por él (fuerzas externas e internas).

Otras ciencias (aprendizaje motor, fisiología, psicología)

se aplican al área del ENTRENAMIENTO. La Biomecánica se aplica al área de la TÉCNICA .

Usos del conocimiento biomecánico  Entender las destrezas  Analizar y enseñar las destrezas  Identificar las causas de errores  Corregir errores  Adaptaciones a cambios en los aparatos/reglas  Innovar (o evaluar innovaciones)

4. Results of the Measurements Usos del conocimiento biomecánico NO Ejemplo 1: nueva mesa de salto, continuación

• Aumenta la velocidad de aproximación (psicológico) • Tiempo del primer vuelo más corto Perfil más largo Superficie más ancha

• Aplicación de fuerzas más efectiva

• Posición de las muñecas más segura y cómoda Superficie curva

Superficie inclinada

• Ventaja para la aplicación de fuerzas verticales • Aumento del rozamiento (seguridad y aplicación de fuerzas)

Usos del conocimiento biomecánico Ejemplo 2: Evaluación de nuevas técnicas

Técnica de primer vuelo estándar Técnica de primer vuelo recientemente introducida

¿Puede la biomecánica ayudarnos a decidir? ¿Es mejor? ¿Deberíamos adoptarla?

Análisis biomecánico cualitativo Acercamiento a un análisis más descriptivo que matemático

NO

Un entrenador debe ser capaz de: 1. Identificar parámetros de movimiento y desviaciones 2. Describir posiciones y fases, acciones 3. Explicar causas, mecanismos, principios 4. Predecir efectos, técnicas, metodologías 5. Recomendar correcciones físicas o técnicas

¿Confusión entre masa y peso? MASA

PESO

Cantidad de materia que contiene un objeto.

La atracción gravitatoria entre dos objetos.

Es siempre la misma en cualquier lugar del universo.

Masa mayor = atracción gravitatoria mayor (por lo tanto puede variar según el sitio dónde esté).

Medida de la inercia de un objeto o resistencia a cambiar su estado de reposo o movimiento. Masa es una medida de cantidad.

Peso es una medida de fuerza.

En la Tierra, 1 kg de masa = 1 kg de peso Para nuestros propósitos, podemos usar estos términos de forma intercambiable.

Fuerza de gravedad

 

  

Fuerza de atracción entre dos masas cualquiera. En la Tierra, se experimenta como una fuerza que actúa verticalmente hacia abajo pasando por el Centro de Masa. La fuerza descendente es aproximadamente 10m/s2. (9.81m/s2) Esta fuerza se mide como peso. La fuerza de 1 peso corporal a menudo se indica como 1g. (3 g’s = 3 x peso corporal)

Estabilidad versus Equilibrio ¿Qué es la estabilidad?

La resistencia al movimiento lineal y angular.

¿Qué es el equilibrio?

La habilidad para mantener una posición estable.

Para nuestros propósitos, podemos usar estos términos de forma intercambiable.

Principio de estabilidad #1 El descenso del CdM hacia la base de sustentación, aumenta la estabilidad.

Menos estable

Más estable

APLICACIÓN DE FUERZAS

Definición de fuerza Una fuerza es toda causa que cambia o tiende a cambiar la velocidad o la forma de un objeto.

Fuerza resultante Si un cierto número de fuerzas actúan simultáneamente, sus efectos combinados se pueden representar con una única fuerza conocida como fuerza resultante. MÉTODO DEL PARALELOGRAMO F1 Fuerza 2

F2 Fuerza 1 RESULTANTE

R

RESULTANTE

Tipos de fuerza • • • • • • • • • •

Fuerza de gravedad (peso) Fuerza centrípeta Fuerza de reacción del suelo Fuerza de rozamiento Fuerzas de impulso Fuerza de rotación (torque) Fuerzas internas Fuerza de Coriolis Fuerzas de cizalla Fuerzas de compresión y tensión • Fuerzas de torsión

COM

mass normal reaction R

COM

weight

thrust

pushing force

friction force

rough surface

INTERNAL force

EXTERNAL force Joint

3ra. Ley del Movimiento de Newton “ley de acción y reacción” Para toda acción hay una reacción igual y contraria Para toda fuerza de acción hay una fuerza de reacción que es:

reacción normal R

– igual en magnitud CdM

– opuesta en dirección – simultánea

Las fuerzas siempre actúan de a pares

weight peso

impulsión

Mecánica de la repulsión



Para generar una “fuerza de reacción” se debe aplicar una “fuerza de acción” suficientemente grande como para superar la fuerza de gravedad.



Pueden ser fuerzas internas (contracción muscular)



Pueden ser fuerzas externas (retroimpacto del minitrampolín, barra, trampolin, etc.).

Mecánica de la repulsión - continuación La aplicación efectiva de la fuerza está relacionada con: Magnitud -

fuerza en todos los músculos activos

Punto de aplicación -

(rotación)

Dirección -

siempre opuesta a la aplicación

Duración -

rango de movimiento/flexibilidad

Timing: sincronización del uso de la fuerza Rigidez del cuerpo –

coordinación

tensión y forma corporal

Mecánica de la repulsión - continuación • Magnitud de la fuerza – Debe ser suficiente para el resultado deseado (óptimo vs. máximo) – Fuerza y potencia en todos los músculos activos

• Dirección de la fuerza

– Debe ser en la dirección deseada – Recuerde “fuerza de acción  fuerza de reacción”

• Duración de la fuerza

– Debe ser lo más larga en tiempo y recorrer la mayor distancia posible – Rango de movimiento/flexibilidad en todas las articulaciones activas

Mecánica de la repulsión - continuación • Fuerza aplicada a un cuerpo rígido – De lo contrario, las fuerzas serán absorbidas por el cuerpo – Tensión y forma del cuerpo correcto

Rígido

FUERZA

incorrecto

NO Rígido FUERZA

Proyectiles • El Centro de Masa sigue la trayectoria de una parábola. La forma de la trayectoria depende de : – 1) Ángulo de despegue – 2) Altura de despegue – 3) Velocidad de despegue

• Por lo tanto, es esencial que los parámetros durante el despegue sean correctos.

Aplicación • Para cualquier velocidad de despegue, el ángulo de despegue del aparato determina la forma de la parábola del vuelo (la trayectoria del CdM). • Un ángulo de despegue alto (pronunciado) produce un vuelo alto con desplazamiento horizontal pequeño. • Un ángulo de despegue bajo (superficial) produce un vuelo bajo con desplazamiento horizontal grande.

Mecánica de las salidas de paralelas asimétricas y barra fija

Efecto del cambio de altura a la que se suelta • El centro de masa de un cuerpo rígido continua tangente al arco del balanceo (90º con respecto al radio) . • Esta es una consideración muy importante, pero los gimnastas pueden aplicar fuerzas justo antes de soltar para modificar algo este efecto. Además, la elasticidad de la barra puede modificar el efecto.

Posible lesión

Soltar por debajo de la horizontal vertical baja horizontal grande

Salidas

Soltar justo por debajo de la horizontal vertical alta horizontal pequeña

Gienger

Soltar en la horizontal vertical máxima No horizontal

Kovacs

Soltar por arriba de la horizontal Trayectoria de vuelo sobre la barra

Velocidad 5.00

0m

Desplazamiento

25 m

 Es una medida de cuán lejos se ha movido un cuerpo en un período específico de tiempo o de cuán rápido se está moviendo.  Comúnmente se mide en metros por segundo (m/s)

Velocidad = Distancia  Tiempo

Aceleración 4.00

0.00

v=4m/s

v=2m/s

0 m 0 m/s

6.00

8 m 3 m/s

7.00

v=8m/s

16 m 5 m/s

24 m 7 m/s

Aceleración promedio = (7 – 0)  7 s = 1 m/s2

   

La aceleración es la medida de cuánto cambia la velocidad de un cuerpo en el tiempo. Un incremento de la velocidad se denomina Aceleración y una disminución, Aceleración negativa (o desaceleración). Un cambio en la dirección es una aceleración. Se mide en metros por segundo al cuadrado(m/s2).

2da. Ley del Movimiento de Newton “aceleración” El cambio de la cantidad de movimiento de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada y ocurre en la misma dirección de la fuerza.

F=mxa No hay fuerza

Fuerza pequeña

Fuerza grande

Consecuencia de la 2da. Ley de Newton

W

En el aire la única fuerza que actúa es la fuerza de gravedad.

Fuerza vertical = gravedad que provoca aceleración hacia abajo. Fuerza horizontal = 0 --- no hay aceleración horizontal.

3 Leyes del Movimiento de Newton PRIMERA LEY (inercia) Un cuerpo se mantendrá en reposo o continuará en estado de movimiento rectilíneo uniforme a menos que actúe sobre él una fuerza externa.

SEGUNDA LEY (aceleración) El cambio de la cantidad de movimiento de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada y ocurre en la misma dirección de la fuerza.

TERCERA LEY (acción – reacción) Para cada fuerza de acción hay una fuerza de reacción de igual magnitud pero en dirección contraria.

Rotaciones

1. Cantidad de movimiento angular 2. Momento de inercia y Velocidad angular 3. Conservación de la cantidad de movimiento angular 4. Generación de la cantidad de movimiento angular

Principales conceptos para la rotación MOMENTO DE INERCIA

•Es la medida de la distribución de la masa alrededor del eje de rotación. •Si la masa está lejos del eje, el momento de inercia es grande. •Si la masa está cerca del eje, el momento de inercia es pequeño. VELOCIDAD ANGULAR

•Es la velocidad de rotación alrededor del eje de rotación

CANTIDAD DE MOVIMIENTO ANGULAR

•Es la cantidad total de rotación alrededor del eje de rotación

Momento de Inercia MI 

MI 

• Con el cuerpo extendido (fig. 4 y 5), la distribución de la masa está mas alejada del eje transversal. – Por lo tanto el momento de inercia es grande relativo al eje de rotación.

• Con el cuerpo flexionado (fig. 6 y 7), la masa se ha acercado al eje transversal. – Por lo tanto el momento de inercia es pequeño relativo al eje de rotación – Hay menos resistencia al movimiento de giro.

Generación de Cantidad de Movimiento Angular Ejemplo de mortal adelante Los brazos arriba crean fuerza de reacción hacia arriba. También el empuje hacia abajo del salto y extensión de piernas

Agrupado cerrado para momento de inercia pequeño y velocidad angular grande

Pies rápido adelante para una fuerza de reacción grande. Cuerpo elevado entonces la fuerza actúa lejos del eje

Cuerpo extendido para momento de inercia grande y velocidad angular pequeña

Cuerpo extendido para momento de inercia máximo

Aplicación de fuerzas durante el máximo tiempo

La fase de despegue es crítica. La mayoría de los errores ocurren aquí! La trayectoria del Centro de Masa en vuelo está determinada: Nada que el gimnasta haga en el aire puede cambiar la trayectoria del Centro de Masa. La cantidad de movimiento angular total del cuerpo en vuelo está determinada: Nada que el gimnasta haga en el aire puede cambiar la Cantidad de Movimiento Angular del cuerpo.

Balanceo Rotación alrededor de un eje externo.

1. Mecánica del balanceo

Mecánica de Rotación (balanceo) • El/la gimnasta debe maximizar (optimizar) la cantidad de movimiento angular en el punto más bajo del balaceo. • En la fase descendente, la gravedad proporciona la fuerza de giro (torque) – La gravedad debe actuar el mayor tiempo posible – La gravedad debe actuar lo más lejos del eje (barra) posible – El gimnasta debe minimizar las fuerzas de rozamiento

• En la fase ascendente, la velocidad angular se incrementa acercando el centro de masa al eje de rotación (barra)

Mecánica de Rotación (balanceo) Fase descendente

Fase ascendente

maximizar el torque para aumentar la cantidad de movimiento angular

reducir el torque negativo para aumentar la velocidad angular ACEPTABLE

brazo del momento

A

x1 Eje de rotación

B

x2

INACEPTABLE

Biomecánica del balanceo – ejemplo: gigante (lo mismo para P. Asim, Barra fija, Paralelas) La barra actúa como resorte y devuelve energía elástica

* Máx extensión = acción de la gravedad por tiempo y distancia más largos para máx MA

* *

Acercar el CdM a la barra para aumentar la velocidad angular y vencer el rozamiento

**La “patada” ayuda al timing y pone carga sobre la barra. Variantes de la técnica con propósitos especiales.

Comparación entre conceptos: Lineal y Angular

• • • •

Distancia Masa Velocidad Cantidad de movimiento • Fuerza • Aceleración

• • • •

Ángulo (por el cual se mueve) Momento de Inercia Velocidad angular Cantidad de movimiento Angular • Torque • Aceleración angular

Recepciones Básicamente, lo contrario al despegue. En lugar de generar fuerzas para ganar cantidad de movimiento lineal y angular, durante las recepciones las fuerzas deben reducir la cantidad de movimiento a cero.

1. Absorber energía. (En el Nivel 2 se discuten los conceptos de energía.)

2. Reducir la cantidad de movimiento lineal y/o angular a cero. 3. Preparación para la recepción.

Recepciones e impacto

Tiempo de impacto corto = gran fuerza

Tiempo de impacto más largo = fuerza reducida

Recepciones – cont. La cantidad de movimiento debe reducirse en el tiempo más largo posible. Cambiar la cantidad de movimiento requiere la aplicación de fuerzas

La energía debe absorberse en el área más grande o la superficie del cuerpo lo más grande posible. La energía puede ser absorbida por superficies de recepción blandas.

Cantidad de movimiento angular y Recepciones • La mayoría de las recepciones en gimnasia provienen de un elemento con rotación alrededor de uno o dos ejes. • El/la gimnasta debe ser capaz de completar el giro o el mortal y extender el cuerpo antes de hacer la recepción. • Una extensión de la posición del cuerpo antes de la recepción reduce la velocidad angular y proporciona tiempo para la aplicación de fuerzas que reducen la cantidad de movimiento angular a cero. Esto también disminuye las deducciones.

Mecánica de las Recepciones

– cont.

La aplicación efectiva de las fuerzas para la recepción está relacionada con : • Magnitud - fuerza en todos los músculos activos • Punto de aplicación - (rotación) • Dirección - siempre opuesta a la aplicación • Duración - rango de movimiento/flexibilidad • Timing (sincronización del uso de la fuerza) - coordinación • Rigidez del cuerpo

GRACIAS POR SU ATENCIÓN