4.4. Resolución vectorial de las fuerzas que muestra la fuerza muscular desaprovechada en la elevación de una barra en una máquina Smith angulada cuando se da impulso directamente hacia arriba (en vertical).
En la figura 4.3, la fuerza de contracción del bíceps braquial (Fbíceps) se ha descompuesto en dos componentes: F||, aplicado en paralelo al antebrazo, y F⊥, aplicado en perpendicular al antebrazo. En términos vectoriales, Fbíceps = F|| + F⊥. Así pues, la fuerza de contracción del bíceps braquial produce tanto la fuerza dirigida en perpendicular al antebrazo (F⊥) como la dirigida en paralelo al mismo (F||), de forma simultánea. Físicamente, F⊥ rota (flexiona) el antebrazo, mientras que F|| comprime (estabiliza) el codo. La capacidad del entrenador personal para comprender la naturaleza vectorial de la fuerza muscular refuerza notablemente el conocimiento sobre los efectos físicos de los músculos al contraerse.
La capacidad del entrenador personal para comprender la naturaleza vectorial de la fuerza muscular refuerza notablemente el conocimiento sobre los efectos físicos de los músculos al contraerse.
Efecto rotacional de una fuerza: momentos
Los ejemplos de actividades de entrenamiento expuestos hasta ahora han ilustrado una característica importante del sistema musculoesquelético humano: que numerosas articulaciones rotan. Los términos cinesiológicos asociados a los diversos movimientos de las articulaciones del cuerpo, presentados en el capítulo 3, ponen de manifiesto este hecho. Los movimientos de flexión, extensión, abducción, aducción, dorsiflexión y flexión plantar tienen un rasgo común: todos ellos son rotaciones. Al principio de este capítulo se expuso la noción de movimiento en términos lineales. Las fuerzas lineales miden los efectos físicos en una línea recta, como en el caso de la guía de deslizamiento de la barra en el ejemplo de la máquina Smith. Los movimientos de rotación se miden, en cambio, utilizando el momento de fuerza o torque.
Momento de fuerza o torque
Unidades del Sistema Internacional: N · m
Unidades anglosajonas: libras-pie (ft) (lb · ft)
Conversión: 1 N · m ≈ 0,738 lb · ft
El momento de fuerza (torque) es una medida del efecto rotacional de una fuerza. Desde el punto de vista matemático, es el producto de la magnitud o la fuerza y la distancia perpendicular de esa fuerza al fulcro.
M = F · d⊥ (Ec. 4.2)
Volviendo a la flexión con pesa presentada en el estudio de caso 4.1, puede calcularse el efecto rotacional total (momento) de la flexión del codo generada por la contracción del bíceps braquial (v. fig. 4.3). Para este ejemplo se asume que el bíceps braquial se contrae con una fuerza de 445 N (45,5 kg). La distancia desde la fijación del bíceps braquial en el antebrazo (inserción) al centro de rotación del codo es de 0,003 m. El ángulo que el bíceps braquial forma con el antebrazo es de 82°. Utilizando la ecuación para calcular el momento de fuerza,
M = F · d⊥
La distancia del punto A (codo) al punto B (inserción), o brazo de momento (o de palanca), no es perpendicular a la fuerza (Fbíceps), como requiere la ecuación 4.2. Así pues, la Fbíceps puede descomponerse, o resolverse, en los componentes perpendicular (F⊥) y paralelo (F||), que se calculan como magnitud del momento.
Mbíceps = F⊥ · 0,003 m
Mbíceps = 440,7 N · 0,003 m
Mbíceps = 1,32 N · m
Volvamos ahora a la pregunta sobre el entrenamiento planteada en el estudio de caso 4.1, referida a la causa del punto de fricción. La respuesta a la misma se asocia al conocimiento del movimiento rotacional. El bíceps braquial produce una fuerza de contracción que, cuando se multiplica por su brazo de momento, genera un momento durante la realización de la flexión con pesa. Se asume una fuerza de contracción de 445 N, como en el ejemplo previo del bíceps braquial. Para aumentar o reducir este momento y, por tanto, la cantidad de esfuerzo utilizada al realizar el ejercicio, puede parecer que esta contracción debe aumentar o disminuir. Sin embargo, se ha de tener en cuenta que la flexión del codo es un movimiento rotacional. En consecuencia, para medir el esfuerzo que debe generarse para levantar la pesa, se ha de usar un momento más que una fuerza.
En la figura 4.5 se ofrece una ilustración de la fuerza de contracción del bíceps braquial que es aplicada a los antebrazos, similar a la de la figura 4.3. No obstante, además del ángulo del codo de 90° anteriormente mostrado, el momento generado en torno al codo se ilustra para ángulos de 45 y 135°. Para cada uno de estos ángulos, se mantiene la misma fuerza de contracción de 45,5 kg empleada en el ejemplo anterior. Es necesario recordar que la magnitud del componente perpendicular de la fuerza del bíceps braquial (F⊥) para el ángulo de codo de 90° fue de 440,7 N o 45 kg. Sin embargo, la figura 4.5 muestra que el componente perpendicular de la fuerza del bíceps braquial para los ángulos del codo de 45 y 135° sería de 36,3 kg. La cantidad de fuerza de contracción muscular que induce la rotación (flexión de codo) disminuye al cambiar el ángulo del codo. Ello demuestra que la geometría muscular, que se modifica a lo largo de la ADM de las articulaciones corporales, afecta al esfuerzo que debe realizarse durante un ejercicio tanto como la cantidad de resistencia aplicada en dicho ejercicio (4). Este concepto es esencial para una adecuada comprensión del entrenamiento, incluyendo en él la prescripción de ejercicio y la prevención de lesiones. En la siguiente ilustración de entrenamiento se ofrece un ejemplo de cómo esta fuerza muscular, cambiante en función de la posición corporal, puede aprovecharse para influir positivamente en el entrenamiento.
FIGURA 4.5. Componente rotacional (F⊥) de una contracción del bíceps braquial de 45,5 kg con ángulos del codo de 90, 45 y 135°.
ILUSTRACIÓN DE ENTRENAMIENTO 2
Considere una máquina de resistencia que utiliza una «leva» (fig. 4.6), que es una polea de forma oblicua. Para comprender su funcionamiento debe compararse con el de la polea redonda convencional. La figura 4.6 ilustra el contraste entre los brazos de momento generados por la polea redonda y la leva. Se observa que una polea redonda, debido a su forma, tiene brazos de momento de igual longitud en cualquier parte de su circunferencia. En cambio, la leva presenta un brazo de momento que cambia dependiendo de qué punto de su circunferencia sea el que está en contacto con el cable. Cuando el brazo de momento es más largo, el momento generado por la carga de resistencia será mayor, aun en el caso de que dicha carga no se haya aumentado. Dado que ello incrementará el momento que el levantador debe superar, este levantador deberá aumentar la cantidad de esfuerzo muscular necesario para obtener el mismo resultado. Este proceso es similar al que tiene lugar en los cambios que se generan en el momento rotacional producido por la contracción muscular cuando se modifica un ángulo articular. La idea es utilizar los cambios en el momento de resistencia producidos por el brazo de momento cambiante de la leva para simular los cambios de momento creados por la contracción muscular,