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Biomecánica del Movimiento (2º) Facultad de Ciencias del Deporte. Universidad de Castilla la Mancha.

Guiones de las clases. Tema 4. Profesor: Xavier Aguado Jódar

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TEMA 4: SISTEMAS DE REFERENCIA

BIBLIOGRAFÍA Aguado, X. (1993): Eficacia y técnica deportiva: análisis del movimiento humano. INDE. Barcelona. Aguado, X.; González,J.L.; Izquierdo,M (1997): Biomecánica fuera y dentro del laboratorio. Universidad de León. León. Grande, I. (1998): Estudio cinemático de la fase final del lanzamiento de peso en los mejores atletas españoles. Aplicación al entrenamiento de la fuerza por medio de ejercicios especiales. Tesina. Laboratorio de Biomecánica. Universidad de León. Moore, K. (1990): Anatomía con orientación clínica. Panamericana. Madrid. Ramiro, J. (1989): El calzado para carrera urbana. Criterios biomecánicos de diseño. Instituto de Biomecánica de Valencia. Valencia. Rouviere, H. (1987): Anatomía humana: descriptiva, topográfica y funcional. Masson. Barcelona.

1- Relatividad de las mediciones. Ejemplos.2- Sistemas de referencia. Sistemas de referencia de tiempo. Sistemas de referencia de espacio. Términos de referencia particulares. Términos de referencia anatómicos. 3- Sistemas de referencia de espacio en biomecánica. Sistemas de coordenadas. Marco de calibración. Ejemplos en estudios cinemáticos y cinéticos.



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1-RELATIVIDAD DE LAS MEDICIONES - La medición depende del sistema de referencias utilizado - Un sistema de referencias es el lugar (espacial o temporal) desde el que se realiza una medición. - Las mediciones varían en función del lugar desde el que se realizan EJEMPLOS: * Viento y corrientes de agua "relativos" - Resultante entre "de marcha" y "real". - Es el viento o corriente que es medida desde un sistema de referencia móvil inmerso en el fluido (aire o agua). * Correr en la cubierta de un barco. - Referenciarlo respecto al barco o respecto a un punto fijo en el muelle. * Pesarse dentro de un ascensor. - Parado, iniciando el ascenso, iniciando descenso, acabando ascenso, acabando descenso. - En un avión realizando un viraje y realizando un looping. * Calcular el tiempo que transcurre. - Sobre la superficie de la tierra y a cierta altura respecto a ella (1962). - En función de la velocidad (1940 en Denver los mesones acelerados aumentan el tiempo de vida). - Viviendo en la tierra y viajando 15000 m/s por debajo de la velocidad de la luz (paradoja de Langevin o de "los gemelos" presentada al congreso de física de Bolonia, 1911, al aplicar la transformación de Lorentz . * Cambios en la cantidad de materia con la velocidad. - Velocidad de la luz 2.997 925 · 108 m/s. Viajando a un 10 % de la velocidad de la luz la m se incrementa en un 5 %, y viajando a un 90 % de ella se incrementa en un 100 %. * En la época de Aristóteles se consideraba a la tierra como un sistema de referencias fijo. Según Aristóteles la prueba de ello era que si se dejaba caer una piedra verticalmente variando la altura cae siempre en el mismo sitio. Más adelante Galileo añadirá que lo mismo pasaría si se hace el experimento desde un barco que viaja a velocidad constante.



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2-SISTEMAS DE REFERENCIA En cuanto a la movilidad, pueden clasificarse como: A efectos prácticos, las mediciones en biomecánica, hechas sobre la superficie de la tierra se consideran como si fueran en un sistema inercial. En cuanto al tipo de sistema, pueden ser de tiempo y de espacio. SISTEMAS DE REFERENCIA DE TIEMPO: Al igual que ocurre con el espacio, respecto al tiempo hay que marcar el inicio. * Vida cotidiana: mediodía y medianoche. * Actividades aéreas: Hora Z. * Arbitraje: se pone el crono en marcha coincidiendo con el inicio del partido, competición,.. * Carreras atletismo: se pone el crono en marcha coincidiendo con el disparo del juez. * Estudios biomecánicos: - Inicio de la observación. - Coincidiendo con un instante característico del movimiento estudiado. - Aleatoriamente. metodología: barrera fotoeléctrica, placa o pulsador en el sujeto de estudio, inicio de carga, pulsador del investigador. A veces se pone en marcha el dispositivo de medida previamente a la

Sistemas fijos Inerciales (a velocidad constante) Sistemas móviles No inerciales (a velocidad variable)



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realización de la técnica deportiva y posteriormente se elige el inicio (o tiempo 0). Pe en lanzamiento de peso se inicia la filmación cuando el atleta entra en el círculo, pero posteriormente se fijará el tiempo 0 en el instante en que el peso avanza hacia arriba y delante sin posteriores rebotes. Respecto a este instante se puede medir la duración del lanzamiento o cualquier evento del lanzamiento. SISTEMAS DE REFERENCIA DE ESPACIO: Es el lugar en el espacio desde el que se realiza la medición.

Estudios biomecánicos

Términos de referencia particulares: Topográficos (indican posiciones o zonas)

Anatómicos: planos anatómicos, anatomía topográfica,. Navales: proa (delante), popa (atrás), babor (izquierda), estribor (derecha), .. Cartográficos: meridianos (Grenwich, E-W), paralelos (grados, minutos, segundos)

Deportivos: botella, zona de penalti, 6.25, .. De movimiento

Anatómicos: flexión (doblar)- extensión (desdoblar), abducción (separar del plano medio sagital)- aducción (juntar hacia el plano medio sagital), rotación interna- rotación externa .. Aéreos: cabritar-picar (giros en el eje transversal), guiñada (giros en el eje vertical), alabeos (giros en el eje antero-posterior)

Gimnasia: cuadrantes (1, 2, 3 y 4) Meteorológicos: anticiclón-borrasca (en el hemisferio norte los anticiclones tienen sentido horario y las borrascas antihorario), ..



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De relación Anatómicos: craneal (cercano a la cabeza)- caudal (alejado de la cabeza), medial-lateral (cercano y lejano al plano medio sagital), ventral-dorsal (delante – detrás) .. Meteorológicos: sotavento (lado contrario a por donde sopla el viento), barvolento (mismo lado de donde sopla el viento).

Cartográficos: el norte de las brújulas. Navales: cazar-lascar, ceñir, de través, a un largo, en popa, orzar-arribar, .. Deportes de colaboración - oposición: atacar-defender, bloqueo, finta, diferentes términos que relacionan la posición de atacantes y defensores..

EJEMPLOS: A B

Los planos anatómicos son usados habitualmente en anatomía con propósitos meramente descriptivos. Así no necesariamente se cortan en el CG de la persona.

(Moore,1990) (Rouviere, 1987)



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Flexión: doblar. Extensión: desdoblar, extender.

(Ramiro,1989) En biomecánica se suelen usar para describirmovimientos. Así cuando se colocan sobre lapersona se cortan en el CG de ésta.



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Flexión lateral

flexión

extensión

rotación



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Breve recordatorio: 1- Hay que usar los términos anatómicos correctos. 2- Hay que localizar los movimientos en articulaciones concretas. No es correcto decir pe flexión de pierna. Excepciones sólo cuando el movimiento se da en un conjunto de articulaciones se puede referenciar a un segmento, pe: rotación del tronco, flexión del tronco, extensión de miembro inferior, pronación del antebrazo, .. 3- Si no se dice lo contrario se toma como referencia la posición anatómica, sino se refiere el movimiento a la posición inmediatamente anterior estudiada. 4- Se puede usar el término “hiper” al movimiento hecho en el sentido menos frecuente, respecto a la posición anatómica. Pe hiperextensión de tronco, hiperextensión de cadera.

pronación supinación



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3-SISTEMAS DE REFERENCIA ESPACIALES EN BIOMECÁNICA

Se suele colocar un sistema de coordenadas, que luego se mantiene a lo

largo del estudio. Pe línea de salida de 100 m lisos, parte posterior del círculo en lanzamiento de peso, línea de banda o lugar de inicio del saque en saque de fútbol.

El sistema de coordenadas puede colocarse en:

- Una línea o marca del terreno deportivo. - La ubicación inicial de: CM del cuerpo, CM de un implemento deportivo, un centro articular. - Un lugar elegido libremente. SISTEMAS DE COORDENADAS: Convenios que permiten dar la posición de un punto en un plano (2D) o en el espacio (3D). 2D: Cartesiano, polar. 3D: Cartesiano, cilíndrico, esférico.



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Se suele escoger como eje de las X al eje principal del movimiento. Pe: carrera de velocidad, caída libre paracaidismo, lanzamiento de peso. Los otros 2 ejes se suelen elegir aleatoriamente. Cuando, por la ubicación del sistema de coordenadas, puedan haber sentidos positivos y negativos, se suele aplicar el sentido positivo al principal del movimiento. (Pe lanzamiento de peso, movimientos por detrás del círculo). Respecto a las rotaciones se da sentido positivo:

- Sentido de giro horario. - Dirección principal del movimiento.

Elección de las direcciones, sentidos y lugar de origen de los ejes en estudios de lanzamiento de peso.



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- A veces se usa la referencia vectorial del sacacorchos

Es importante conservar los criterios usados en estudios previos o estudios de otros autores, para poder comparar rápidamente los resultados y no tener que hacer conversiones.

Cualquier sistema de referencias es elegido con ciertos criterios (más o menos fundados) y luego mantenido en el tiempo a lo largo de todo el estudio. En posteriores estudios del mismo tema se deberían conservar los criterios elegidos para situar el sistema de referencias y así poder comparar los resultados. ESTUDIOS CINEMÁTICOS En los estudios cinemáticos con cámaras de cine o vídeo, se filma antes o después del movimiento a analizar un marco de calibración (muchas veces denominado incorrectamente sistema de referencias), del que se conocen perfectamente sus dimensiones y su orientación respecto al terreno deportivo, cancha, espacio en el que se realiza el experimento, ... El marco de calibración permite: - Conocer la escala del plano o volumen a analizar. - Relacionar las posiciones y direcciones de cualquier punto estudiado respecto a las limitaciones del terreno (líneas, límites, marcas,..). Pe: colocación del marco de calibración en el lanzamiento de peso.

Cubo usado como sistema de referenciasMedidas: 2 x 2 x 2 m

EJE X

EJE Z

EJE Y ( 0,0,0.18)

(2,2,0.18)( 0,2,0.18)

( 0,0,2.18) ( 2,0,2.18)

( 2,2,2.18)( 0,2,2.18)

(2,0,0.18) (Grande,1998)



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0

0.5

1

1.5

2

0 1 2 3

Coordenada X peso (m)

Coo

rden

ada

Y pe

so (m

)

visto desde atrás

R

R vR o

Ro = Distancia horizontal inicialRv = Distancia horizontal de vueloR = Distancia horizontal de alcance del lanzamiento.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3

Coordenada x peso (m)

Coo

rden

ada

Z pe

so (m

)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

00.511.5

Coordenada Y peso (m)

Coo

rden

ada

Z pe

so (m

)

(Grande,1998)

Lanzamiento en rotación de un zurdo visto desde atrás

Lanzamiento en rotación de un zurdo visto desde abajo

Lanzamiento en rotación visto desde el lado derecho.



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ESTUDIOS CINÉTICOS En los estudios cinéticos: - Hay que situar en el espacio el origen de las fuerzas. - Nombrar los ejes de las fuerzas. - Dar criterios sobre sentidos + y - de las fuerzas. Pe en los estudios con plataformas de fuerzas se sitúan los orígenes respecto al plano de la plataforma.

Las plataformas Dinascán del IBV denominan siempre FZ al la fuerza vertical, FX a la antero-posterior y FY a la medio-lateral. Sería recomendable que el nombramiento de éstas fuera modificable por el usuario. Pe en saltos verticales estaría bien elegir Fx la vertical, pero en carrera sería mejor, para seguir el criterio anteriormente expuesto, elegir como FX el eje antero-posterior.

Marco de calibración cúbico de 2 m de lado (con 8 puntos decalibración) de la Facultad de Ciencias del Deporte de Toledo.



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El sistema de referencias espacial de la plataforma de fuerzas comprende: 1- Para las fuerzas de reacción (dirección y sentido de los ejes). Los ejes son:

2- Para la ubicación del “centro de presiones” es un sistema topográfico de la superficie de la plataforma (para poder representar el denominado “centro de presiones”, que cuando la persona está manteniendo una postura encima de la plataforma coincide con la proyección de su CG (plomada). Las coordenadas topográficas, que tienen su origen en el centro de la plataforma, son:

a: Referencias de las direcciones y sentidos de los ejes de fuerzas de reacción en la plataforma Dinascán. b: Referencias topográficas de las coordenadas del centro de presiones sobre la superficie de la plataforma de fuerzas Dinascán.

Práctica de Biomecánica del Movimiento, en la que manteniendo una postura previamente definida se observa la evolución de la proyección del CG sobre la base de sustentación.

Z (vertical), que es positivo hacia arriba) X (antero-posterior) positivo hacia delante y negativo hacia atrásY (medio-lateral) positivo a la izquierda y negativo a la derecha

X (eje longitudinal de la superficie de la plataforma) positivo hacia delanteY (eje medio-lateral de la plataforma) positivo hacia la izquierda.



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Fuerzas de reacción en la marcha

-300

-100

100

300

500

700

900

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70

t (s)

F (N)

-35,0-30,0-25,0-20,0-15,0-10,0

-5,00,0

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 En las fuerzas antero-posteriores los sentidos son: hacia atrás (frenado) (-); impulsión (hacia delante) (+).

Gráfica de un apoyo de “marcha humana con calzado”sobre

la plataforma de fuerzas, en el pabellón de la Facultad, en las prácticas de Biomecánica de las Técnicas deportivas. El trazo grueso corresponde a la fuerza vertical y el delgado a la anteroposterior.

Cambiando el sentido de la marcha se cambian las referencias de + y – en el eje antero-posterior sin necesidad de girar la plataforma defuerzas.

-35,0-30,0-25,0-20,0-15,0-10,0

-5,00,0

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0

Con la hoja de cálculo Excel se puede graficar la proyección (plomada) del CG de la persona sobre la plataforma de fuerza. Los resultados se obtienen como valores en las coordenadas Xe Y, según las referencias que se han explicado.

Si se dibuja sobre la propia huella plantar sobre la que se ha realizado el test, podemos visualizar como el CG ha ido moviéndose sobre la basa de sustentación. Para ello hay que representar a la misma escala la huella y la grafica. Además hay que poner el origen de la gráfica sobre las referencias que se han tomado en la huella.

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