Sistemas de palanca – aplicación biológica de los principios de torque
Los científicos envueltos en problemas de ingeniería humana frecuentemente hablan en eslabones y pivotes y no en huesos y articulaciones. Los eslabones son definidos como líneas rectas que se extienden a lo largo de un segmento corporal entre puntos de apoyo adyacentes. Son entidades funcionales, no estructurales, aunque no se puedan medir precisamente los eslabones desde puntos de referencias superficiales. Usando ese concepto se puede representar el cuerpo por medo del esqueleto de bastones para el análisis mecánico.
El movimiento se puede dar solamente en la dirección o direcciones de la configuración de las articulaciones y sus estructuras de sus soportes y en la extensión permitidas por ellas. Casi todos los movimientos articulares son de rotación y pueden ser medidos en grados o radianes.
Las diversas combinaciones posibles de eslabones y pivotes proporcionan al cuerpo una amplia variedad de movimientos. La comprensión del efecto de palanca y de los varios tipos de palancas es esencial para entender los movimientos del cuerpo.
Una palanca es una barra rígida que gira alrededor de un punto fijo llamado pivote, eje o punto de apoyo. El largo de la palanca entre el punto de apoyo y el peso o resistencia se llama brazo de resistencia: el largo entre el punto de apoyo y la fuerza aplicada se llama brazo de fuerza.
La ventaja mecánica de una palanca es la proporción del largo del brazo de fuerza para el brazo de resistencia.
Cuando una palanca gira sobre su pivote, todos los puntos en la palanca se mueven en arcos de un círculo y la distancia a través del cual un dado punto se mueve es proporcional a su distancia del eje.
PALANCAS DE PRIMERA CLASE
Las palancas de primera clase tienen el punto de apoyo ubicado entre la fuerza y la resistencia.
En consecuencia los dos brazos de la palanca se mueven en direcciones opuestas, como en una uña, un par de tijeras o un subibaja.
Las palancas de primera clase pueden favorecer la fuerza o la amplitud de movimiento a favor una de la otra. Un ejemplo típico es el tríceps del brazo, suponga que el codo esté al lado del cuerpo, flexionado en un ángulo de 90° y la palma de la mano esté ejerciendo una fuerza de 4,5 KG contra el alto de una mesa. La palma está a 30 cm de la articulación del codo y el tríceps tiene un brazo de fuerza de 2,5 cm. Cual es la fuerza de rotación de la contracción del tríceps.
PALANCAS DE SEGUNDA CLASE
En estas palancas la resistencia está entre el punto de apoyo y la fuerza, aquí la amplitud de movimiento es sacrificada en beneficio de la fuerza. Los ejemplos incluyen la carretilla y el cascanueces. Casi ninguna palanca de ese tipo es encontrada en el cuerpo pero la apertura de la boca contra la resistencia es un ejemplo.
PALANCAS DE TERCERA CLASE
En estas palancas la fuerza es aplicada entre el punto de apoyo y la resistencia.
Un ejemplo común es encontrado en el resorte que cierra una porta vaivén. Esta clase de palanca es más común en el cuerpo pues permite que el músculo se mantenga próximo a la articulación y produce una distancia y velocidad de movimiento con acortamiento muscular mínimo, aunque a favor de la fuerza. Suponga que el codo está flexionado en 90° y que un proyectil de 8 Kg. sea sujetado en la mano. El punto de apoyo es en la articulación del codo si se asume que el bíceps tiene un brazo de fuerza de 5 cm e que a distancia del punto de apoyo al centro del peso es 35 cm. El peso puede ser calculado por la fórmula anterior.
En este ejemplo, sin embargo, se descuidó el peso del antebrazo, si deseamos incluirlo, debemos saber si el peso es la localización de su centro de gravedad. Un ejemplo más complicado de una palanca de tercera clase se ve en una fractura de Monteggia.