Storyboard

Las articulaciones actúan como palancas que modifican la relación entre la fuerza muscular y la fuerza resultante sobre el objeto externo. En biomecánica se clasifican como palancas de primera, segunda o tercera clase según la posición relativa del fulcro (articulación), la fuerza de entrada (músculo) y la resistencia (carga externa). La mayoría de las articulaciones del cuerpo humano son palancas de tercera clase (músculo insertado cerca del fulcro), lo que sacrifica ventaja mecánica a cambio de mayor velocidad y rango de movimiento en el extremo distal. La ventaja mecánica (MA) es el cociente entre el brazo de fuerza muscular d_m y el brazo de la resistencia d_r. El torque (momento) en la articulación determina la demanda sobre el cartílago articular y el tejido periarticular. En articulaciones como la rodilla, la fuerza de compresión articular puede superar 10 veces el peso corporal en aterrizaje de salto. El cartílago hialino se modela como un material bifásico (fase sólida + fluido intersticial); la rigidez efectiva aumenta con la velocidad de carga por la presión hidrostática del fluido (efecto poroelástico).

ID:('ky', 448)

Storyboard

$F_m d_m\sin(\theta_m)=F_{ext}d_{ext}$

Variables

$F_{ext}$

Fuerza externa

$N$

$F_m$

Fuerza muscular

$N$

$d_{ext}$

Brazo externo

$m$

$d_m$

Brazo muscular

$m$

$\theta_m$

Ángulo muscular

$rad$

ID:('gm', 3949)

Storyboard

$MA=\frac{d_m}{d_{ext}}$

Variables

$MA$

Ventaja mecánica

$1$

$d_{ext}$

Brazo externo

$m$

$d_m$

Brazo muscular

$m$

ID:('gm', 3950)

Storyboard

$M_m=F_m d_m\sin(\theta_m)$

Variables

$F_m$

Fuerza muscular

$N$

$M_m$

Torque muscular

$N·m$

$d_m$

Brazo muscular

$m$

$\theta_m$

Ángulo muscular

$rad$

ID:('gm', 3951)

Storyboard

$F_m=\frac{F_{ext}d_{ext}}{d_m\sin(\theta_m)}$

Variables

$F_{ext}$

Fuerza externa

$N$

$F_m$

Fuerza muscular

$N$

$d_{ext}$

Brazo externo

$m$

$d_m$

Brazo muscular

$m$

$\theta_m$

Ángulo muscular

$rad$

ID:('gm', 3952)

Storyboard

$F_{art}=F_m-F_{ext}\cos(\alpha_{art})$

Variables

$F_{art}$

Fuerza de reacción articular

$N$

$F_{ext}$

Fuerza externa

$N$

$F_m$

Fuerza muscular

$N$

$alpha_{art}$

Ángulo de reacción articular

$rad$

ID:('gm', 3953)

Storyboard

$a_c=\left(\frac{3F_{art}R_{eff}}{4E_{eff}}\right)^{1/3}$

Variables

$E_{eff}$

Módulo efectivo de contacto

$Pa$

$F_{art}$

Fuerza de reacción articular

$N$

$a_c$

Radio de contacto Hertz

$m$

$R_{eff}$

Radio efectivo de contacto

$m$

ID:('gm', 3954)

Storyboard

$p_{max}=\frac{3F_{art}}{2\pi a_c^2}$

Variables

$p_{max}$

Presión máxima de contacto

$Pa$

$F_{art}$

Fuerza de reacción articular

$N$

$a_c$

Radio de contacto Hertz

$m$

ID:('gm', 3955)

Storyboard

$P_{art}=M_m\omega_{art}$

Variables

$M_m$

Torque muscular

$N·m$

$P_{art}$

Potencia articular

$W$

$omega_{art}$

Velocidad angular articular

$rad/s$

ID:('gm', 3956)

Storyboard

$W_{art}=M_m\Delta\theta$

Variables

$M_m$

Torque muscular

$N·m$

$W_{art}$

Trabajo articular

$J$

$Delta heta$

Desplazamiento angular

$rad$

ID:('gm', 3957)

Storyboard

$p_{poro}=B_k\Delta V_{rel}$

Variables

$Delta V_{rel}$

Compresión volumétrica relativa

$1$

$B_k$

Módulo poroelástico

$Pa$

$p_{poro}$

Presión hidrostática poroelástica

$Pa$

ID:('gm', 3958)

Storyboard

$\sigma_{eff}=\frac{F_{art}}{A_{cart}}-p_{poro}$

Variables

$p_{poro}$

Presión hidrostática poroelástica

$Pa$

$sigma_{eff}$

Tensión efectiva del cartílago

$Pa$

$F_{art}$

Fuerza de reacción articular

$N$

$A_{cart}$

Área de contacto cartilaginoso

$m²$

ID:('gm', 3959)