En mi último artículo, cubrimos algunas de las definiciones relativamente simples pero fundamentales que subyacen a la biomecánica del deporte y el ejercicio, vinculándolas al swing kettlebell. Ahora, aunque es muy emocionante, realmente no hemos entrado en detalles, y los detalles pueden Será importante, sobre todo cuando hablamos de cómo aplicamos las fuerzas que provocan el movimiento.
Este artículo se centrará en un tipo importante de patrón de movimiento: las curvas fuerza-tiempo, que ilustran cómo aplicamos la fuerza a lo largo del tiempo. Combinaremos esto con una explicación de las leyes del movimiento de Newton y cómo se relacionan con el estudio del deporte y el ejercicio utilizando la ejecución del salto vertical de contra-movimiento (en el que el sujeto dobla las caderas y las rodillas antes de saltar). Comprender esto crea una base para una revisión futura.
Resumen: ¿Qué es la fuerza?
¿Recuerdas eso? . . . La fuerza es una acción de empujar o tirar que un objeto ejerce sobre otro. Entonces, si queremos mover algo, ya sea una barra, una pesa rusa o nuestro propio cuerpo, tenemos que empujarlo o tirar de él. aplicar una fuerza. En el caso de nuestro saltador, la fuerza se aplica a su centro de masa, el punto alrededor del cual se distribuyen las masas de sus segmentos (por ejemplo, brazos y piernas) para ayudar a mantener el equilibrio.
Las tres leyes de Newton del movimiento lineal proporcionan un marco de cómo controlamos el movimiento con fuerza, y el efecto que esto puede tener en el rendimiento. ¿La aplicación de una fuerza para provocar un movimiento solo funcionará si es suficiente para superar la inercia del objeto?Primera ley de Newton: la ley de la inercia.
Inercia: ¡no se moverá!
La inercia es una de esas palabras comúnmente mal utilizadas. En comparación con la primera ley de Newton, la inercia es la renuencia de un objeto a cambiar su estado, donde el estado simplemente se refiere a si se está moviendo o no. Es este estado el que está controlado por la aplicación. Por lo tanto, un objeto permanecerá estacionario hasta que sea empujado o disparado – se aplica una fuerza o, una vez en movimiento, continuará moviéndose; hasta que sea empujado o disparado, es decir, adivinó, aplicando fuerza.
Pero, ¿cómo controlas este estado? El regalo es la unidad estándar en la que se informa la inercia: el kilogramo, la unidad que también se usa para devolver la masa (bueno, en la mayoría de los países del mundo de todos modos). Esto introduce quizás el tipo de fuerza más básico: el peso, que es el producto de la masa y la aceleración de la gravedad. Por lo tanto, para superar la inercia (mover algo) de un objeto, debemos aplicar una fuerza que exceda su peso.
Curvas fuerza-tiempo: un modelo básico de movimiento humano
Desde un punto de vista práctico, aquí es donde puede volverse muy emocionante. El movimiento humano tiende a ser apoyado por la aplicación de la fuerza del suelo por los pies (o las manos, ver el artículo de Becca sobre la fuerza de empuje). Las plataformas de fuerza nos permiten registrar estas fuerzas, y al usar las leyes de Newton, podemos manipularlas para obtener una mejor comprensión de los requisitos mecánicos de los diferentes tipos de movimiento (consulte el artículo anterior, por ejemplo).
Para volver a la pista, la Figura 1 muestra la curva de fuerza-tiempo vertical típica del rendimiento del salto vertical.
Figura 1: Curva vertical de tiempo-fuerza típica del rendimiento de salto vertical en contra-movimiento, fuerza vertical aplicada al centro de masa de nuestro saltador.
Una de las primeras cosas que tendemos a hacer para dar sentido a una curva fuerza-tiempo es determinar el peso del sujeto a partir del período de ‘posición tranquila’, esto se puede ver en la Figura 2, en este caso, el peso corporal 787 newtons; dividiendo esto por la aceleración de la gravedad (9. 81), se obtiene una masa corporal de poco más de 80 kg. Entonces podemos comenzar a pensar en aplicar la segunda ley de Newton para obtener más información sobre la fuerza aplicada y la cantidad de movimiento que esto implica. .
Figura 2. Curva de tiempo-fuerza vertical anotada
Fuerza, masa y aceleración
Recordemos del último artículo que la fuerza es el producto de la masa y la aceleración (F-ma), y podemos usarlo para descifrar las Figuras 1 y 2 Si sabemos que F-ma, podemos manipular los datos de la fuerza, como la que se presenta en las Figuras 1 y 2, dividiéndola por la masa del sujeto, convirtiendo nuestra curva fuerza-tiempo en una curva aceleración-tiempo , sin embargo, debemos recordar la primera ley de Newton donde debemos superar el peso de nuestro saltador: 787 newtons . Podemos simplemente restar el peso corporal de la Figura 1 antes de dividirlo por la masa, lo que lo haría «en calma». Fuerza cero. La fuerza debe exceder cero para influir en el movimiento o acelerar la masa de nuestro saltador. Un ejemplo de nuestra curva de aceleración-tiempo se puede ver en la Figura 3.
Figura 3. Aceleración vertical-tiempo anotado: la aceleración del centro de masa de nuestro saltador durante su salto.
Es genial, pero no nos dice mucho. Sin embargo, un pequeño jiggery-pokery, en forma de integración digital, permite calcular la velocidad: qué tan rápido se mueve nuestro saltador. La Figura 4 muestra la velocidad-tiempo y lo que a menudo se denominan picos y valles, que proporcionan una indicación de la dirección del movimiento: los valles por debajo de cero indican un movimiento hacia abajo, los picos por encima. por encima de cero movimiento ascendente.
Podríamos ir más allá e integrar digitalmente estos datos de velocidad-tiempo para obtener un movimiento, o un movimiento, pero las medidas clave como la altura del salto se pueden obtener con bastante facilidad usando ecuaciones de movimiento uniforme. Para hacer esto, debemos determinar la velocidad de nuestro saltador en despegue, cuadre y luego divídalo por 2g (9. 81 – 2), que en este caso es equivalente a lo siguiente:
5. 34 (2. 31 [velocidad de despegue2]) – 19. 62 (2g) – 27 (cm) (bastante mediocre)
Figura 4: Curva vertical de velocidad-tiempo anotada: qué tan rápido se mueve el centro de masa de nuestro saltador durante su salto.
Ahora calculamos la potencia mecánica multiplicando nuestros datos de fuerza-tiempo a través de nuestros nuevos y brillantes datos de velocidad-tiempo, pero dejemos eso para otro artículo, donde podemos hacer justicia al tema. de la tercera ley de Newton.
Acción de reacción
Esta es quizás la ley más famosa de Newton, y establece que para cada acción, hay una reacción igual y opuesta. Quizás sin darnos cuenta, esta ley estuvo en funcionamiento a lo largo de nuestro análisis en el sentido de que si nuestro saltador hubiera empujado contra el suelo y no lo hubiera hecho. encontrar una reacción opuesta igual, las actuaciones de salto habrían sido bastante complicadas.
Verá que es esta reacción, en combinación con la segunda ley de Newton (y la fricción), la que nos permite controlar cómo nos movemos, y parece mucho más fácil de entender una vez que entendemos las Leyes 1 y 2.
Figura 5. Fuerzas durante un aterrizaje con salto vertical
El único inconveniente es que esto también resulta en una consecuencia mecánica, ya que si la reacción nos permite movernos, también puede actuar como esta fuerza de frenado muy importante, deteniendo repentinamente el movimiento, como se ilustra en la Figura 5, que se centra en en el cambio de fuerza vertical cuando nuestro saltador aterriza De hecho, hasta ahora, nuestro análisis se ha centrado en el primer objetivo de la biomecánica : mejorar el rendimiento, mientras que las fuerzas representadas en la Figura 5 nos permiten considerar el segundo objetivo de la biomecánica: minimizar las lesiones .
Identificar las áreas problemáticas, como el aterrizaje con saltos, nos permite modificar la técnica de las estrategias de aterrizaje con el fin de reducir la fuerza de aterrizaje y así minimizar las lesiones, nuestro saltador dejó de usar una fuerza equivalente a casi 7. 5 veces su peso corporal. Como reflexión final, Figura 5 también puede decirnos qué tan rápido se aplicó la fuerza de aterrizaje al cuerpo, en este caso, fue de 56 milisegundos (0. 056 segundos). La división de la fuerza de aterrizaje por el tiempo de aterrizaje da lo que se llama la tasa de carga, que en este caso era poco menos de 132 pesos corporales por segundo, lo que es potencialmente problemático.
Para concluir, podemos utilizar la ley del movimiento de Newton para manipular los datos fuerza-tiempo para tener una idea de las diferentes fases del rendimiento, como el salto vertical, sus requisitos y sus consecuencias. Usaremos esta base en artículos futuros, en el próximo de los cuales será sobre el poder.
Nuevamente, si alguien tiene alguna pregunta, envíeme un correo electrónico a: j. lake@chi. ac. uk o publique su pregunta en los comentarios a continuación (estoy seguro de que no está solo en sus preguntas).