E1 Mecánica del Centro de Masa y Equilibrio

Tópico

El centro de masa es el punto que resume el comportamiento traslacional de todo el cuerpo del mamífero: seguir ese único punto equivale, en buena medida, a seguir el movimiento del cuerpo completo. Su trayectoria, su velocidad y su aceleración quedan determinadas exclusivamente por las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo: la fuerza de reacción del suelo, la gravedad, y la resistencia aerodinámica o hidrodinámica del medio en que se mueve. En los mamíferos terrestres, la locomoción se puede describir en una primera aproximación como el movimiento de ese centro de masa sometido únicamente a la gravedad y a la fuerza de reacción del suelo.

Ese movimiento del centro de masa sometido a la gravedad y a la fuerza de reacción del suelo se aproxima, según el tipo de marcha, con dos modelos fundamentales. En la marcha caminada, el centro de masa se comporta como la masa de un péndulo invertido que oscila sobre el punto de apoyo en el suelo. En la marcha corrida, en cambio, el centro de masa se comporta como una masa sostenida por un resorte que se comprime al apoyarse y se extiende al despegar, almacenando y devolviendo energía en cada zancada.

La energía mecánica del centro de masa, que es la suma de su energía cinética y su energía potencial en cada instante, fluctúa a lo largo de todo el ciclo locomotor siguiendo el mismo intercambio que describen esos dos modelos: en la marcha caminada, la energía cinética y la energía potencial del centro de masa se intercambian entre sí como en un péndulo, mientras que en la marcha corrida ambas suben y bajan juntas, siendo el resorte muscular el que absorbe y devuelve la energía entre un apoyo y el siguiente. Qué tan bien recupera el cuerpo, de un paso a otro, la energía mecánica que el centro de masa pierde y gana en cada ciclo es lo que determina la eficiencia de la locomoción.

Además de determinar la eficiencia energética, la posición del centro de masa cumple otro papel distinto: comparada con la base de sustentación, la región delimitada por los puntos de apoyo del cuerpo contra el suelo, esa posición es el criterio que define la estabilidad estática del animal en un instante dado.

Durante la marcha corrida, y también durante el salto, existe una fase aérea en la que ningún punto del cuerpo toca el suelo: en esa fase de vuelo libre, el centro de masa deja de estar sometido a la fuerza de reacción del suelo y sigue, sometido solo a la gravedad, una trayectoria parabólica hasta el siguiente apoyo.

Determinar experimentalmente esta trayectoria y esta energía mecánica del centro de masa, a lo largo de todo el ciclo locomotor y en mamíferos de cualquier tamaño, se logra integrando dos veces en el tiempo la fuerza de reacción del suelo medida directamente durante el apoyo: una primera integración da la velocidad del centro de masa en cada instante, y una segunda integración, a partir de esa velocidad, da su posición. Este procedimiento es el método experimental estándar para reconstruir, a partir de una sola medición de fuerza, el comportamiento completo del centro de masa con el que se abrió esta descripción.

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