Calcular la fuerza muscular en la articulación del codo cuando con una mancuerna

En biomecánica, un problema palabra común a resolver consiste en el cálculo de la magnitud de la fuerza muscular necesaria para mantener un peso en la mano. Un problema típico está redactado así:

Video: Extensiones de los codos con mancuerna

Una persona lleva a cabo una pesa de 500 Newton (N) en la mano derecha. Su antebrazo y la mano se llevan a cabo diseño de fondo en la posición horizontal sin rotación en la articulación del codo. El segmento de antebrazo y la mano pesa 17 N, y el centro de gravedad del segmento de antebrazo / mano es 0.23 metros (m) desde el eje de la articulación del codo. El centro de gravedad de la mancuerna es 0,34 m de la articulación del codo. Si el músculo que sostiene el brazo en esta posición inserta 0,05 m de la articulación del codo, la cantidad de fuerza muscular es necesaria para mantener el antebrazo / mano de la rotación en la articulación del codo?

Muchos estudiantes están perplejos por la forma de resolver este tipo de problema. Una solución paso a paso implica primero averiguar el concepto biomecánica de aplicar y luego seleccionando y resolviendo la ecuación apropiada.

“Para mantener el antebrazo / mano de rotación a la articulación del codo” medios para prevenir la aceleración angular. Sin aceleración angular es parte de una situación llamada equilibrio. El punto básico de equilibrio es que no hay fuerzas desequilibradas que causan la aceleración lineal, y no hay pares desequilibrados que causan la aceleración angular del cuerpo. (El cuerpo, en este caso, es el antebrazo / mano que sostiene la pesa, que es libre de girar en la articulación del codo.) Por lo tanto, el concepto de aplicar la biomecánica es el equilibrio.

Equilibrio, en formato de ecuación, como se indica

ΣF = 0 (donde F son las fuerzas)

ΣT = 0 (donde T se torques)

Video: Extension de codos sentado con una mancuerna

La pregunta describe impedir la rotación del antebrazo / mano en la articulación del codo, lo que significa mantener ΣT = 0 en la articulación del codo. El concepto de aplicar la biomecánica es par.

Esfuerzo de torsión es el efecto de giro de una fuerza, calculado como el producto de una fuerza (F) Y su brazo de momento (MAMÁ), Escrito matemáticamente como T = F × MAMÁ. Antes de que pueda resumir los pares, es necesario identificar las fuerzas que tienen un brazo de momento y puede crear un par motor. Para ello, vaya a través del problema, identificar cada fuerza, y darle una etiqueta:

• El peso de la pesa de gimnasia puede ser etiquetado W_re (dónde re soportes para mancuernas).

• El peso del segmento antebrazo / mano puede ser etiquetado W_S (dónde S es sinónimo de segmento).

• La fuerza muscular se puede etiquetar F_METRO (dónde METRO es sinónimo de músculo).

El peso es una fuerza que actúa siempre hacia abajo. Utilice un signo más (+) para la dirección hacia arriba, y un signo menos (-) para la dirección hacia abajo. Los pesos se aplican en el centro de gravedad de un cuerpo, y se les da la localización del centro de gravedad tanto para el segmento y el peso de la pesa.

Crear una tabla con lo que vamos a usar para calcular los pares, y complete la información conocida de la palabra problema, algo así como esto:

Es importante que los pesos pueden enumerar como fuerzas negativas. El brazo de momento para cada fuerza está en el mismo lado del eje de la articulación del codo, así que ponga a todos como positivos. Los brazos de momento para el peso segmento y el peso de la pesa son la distancia de cada centro de gravedad del eje de codo porque el antebrazo / mano está en la posición horizontal.

El par creado por cada fuerza se calcula como el producto del brazo de fuerza y ​​de momento. Los pesos (segmento y pesa de gimnasia) crean pares negativos, y es importante para enumerar la dirección, así como la magnitud del par en la tabla.

A continuación, utilizar la ecuación ΣT = 0 a resolver para el par creado por el músculo (T_METRO). Para ello, expanda la ecuación para listar todos los pares, como este:

T_METRO + T_re + T_S = 0

Ahora, aislar para el par de músculo desconocido:

T_METRO = -T_re - T_S

Rellene los valores conocidos de la tabla que ha creado y resolver:

Video: Extensión de los codos, tronco adelante

T_METRO = - (- 170 Nm) - (-3,9 Nm) = 173,9 Nm

El músculo debe crear un par de 173,9 Nm, en dirección opuesta a los pares creados por los pesos de segmento y de la pesa de gimnasia, para evitar la aceleración angular.

El último paso consiste en calcular la fuerza muscular (F_METRO), Utilizando la siguiente ecuación:

T_METRO = F_METRO × MAMÁ_METRO

aislar F_METRO, haciendo la ecuación:

Por último, escriba su respuesta:

El par muscular necesaria para impedir la rotación es 3478 N. No se alarme cuando se calcula un valor de gran fuerza del músculo - la fuerza muscular es siempre mucho mayor que la fuerza en la mano, a causa del brazo de palanca corta para el muscular en la unión.