Este documento está destinado a los practicantes de TKD, para interpretar mediante la física, determinados movimientos que realiza y entender como al aumentar o disminuir algunas de sus variables, aumenta considerablemente la eficacia de esa técnica debido a una correcta interpretación.

Lo primero que se debe tener en cuenta es que «Las Leyes de la Física, siempre se cumplen, independientemente de que las conozcamos o no» y debido a esto siempre deberíamos analizar los movimientos que practicamos, para no realizar esfuerzos que se anulen entre sí, equivocar la dirección del esfuerzo, o peor aún realizar esfuerzos mayores o innecesarios a lo requerido.

Para realizar este trabajo recurriremos en parte a la biomecánica, que es la ciencia que relaciona la anatomía funcional a la energía, analizando el cuerpo humano por las leyes de la física para optimizar su rendimiento. Y como se trata de una ciencia, se basa en el conocimiento científico, o sea se fundamenta en la investigación y se deben aplicar ecuaciones físico-matemáticas.

Por sobre todo incluye elementos para ver el consumo energético de cada movimiento en particular y de los movimientos globales ( gestos motores). Aquí consideramos también el dispositivo de control neurológico del movimiento que es el sistema nervioso, el cual posibilita una realización coordinada y controlada de los gestos motores y le quita un poco de precisión a los cálculos que realiza la física, pero debemos tener en cuenta que la reproducción matemática, completa y exacta del movimiento es imposible, por más que la física es una ciencia exacta, pero se aproxima en un 99,99 % de todas maneras.

La biomecánica se aplica a la práctica de nuestro deporte y mediante su relación podemos:
a) Mejorar nuestro desempeño físico.
b) Interpretar los fenómenos físicos de las prácticas.
c) Disminuir el consumo energético.
d) Aumentar la base de sustentación en las técnicas.
e) Disminuir el riesgo de lesiones.

Las personas se mueven, ocupan un lugar en el espacio, al hacerlo transcurre cierto tiempo. También para moverse se necesita un espacio donde hacerlo, el que llamaremos: sistema de referencia.

La fórmula que relaciona espacio con tiempo es la velocidad y es un concepto importantísimo en lo biomecánico y de la cual resulta que:

a. Cuanto mayor cantidad de tiempo nos lleve una actividad mayor cantidad de energía consumiremos,
b. Cuanto mejor coordinada esté una actividad menor demanda energética tendrá.
c. Variar la velocidad implica considerar el espacio y el tiempo.

La velocidad es una magnitud vectorial o sea tiene un valor y también una dirección y un sentido

v = e / t

v = velocidad
e = espacio
t = tiempo

De aquí podemos decir que la cinemática es la parte de la mecánica que estudia el movimiento en sí mismo sin importar las causas que lo producen.

Las condiciones fundamentales para la existencia de movimiento son:

1- Objeto en movimiento (ej. nuestro cuerpo)
2- Medio donde se mueve el objeto (espacio)
3- Sistema de referencia específico.

En general nos movemos en determinados planos y alrededor de ciertos ejes perpendiculares a ellos, siendo las coordenadas independientes, los grados de libertad de un cuerpo rígido en el espacio y así el grado 2 es sólo en un plano, el grado 4 es en dos planos y el grado seis en 3 planos.
Recordemos que los cuerpos sólo pueden estar en reposo o en movimiento y que las posibilidades de movimiento son dos: rotación y traslación. Y que la traslación es un gesto motor y es el cambio de lugar de un cuerpo en el espacio o un objeto determinado y que las rotaciones pueden ser simples, giro o balanceo. Pero realizando el movimiento que sea es esencial la velocidad ya que ella nos conducirá a otro concepto necesario que es la aceleración.

a = v / t

a = aceleración
v = velocidad
t = tiempo

y ambos conceptos son esenciales en varios de nuestros movimientos y se relacionan de la siguiente manera:

a = v / t
pero v = e / t

reemplazando

a = e / t2

en donde se refleja la importancia del tiempo en todo movimiento, como se verá en ejemplos en otros temas de este mismo trabajo.

Por Hilda Rosales
Profesora de Física – Instructora y Cinturón Negro de Taekwondo

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Dinámica

Es la parte de la física que estudia las causas por las cuales los cuerpos se mueven.

Las fuerzas son siempre el producto de una interacción entre dos cuerpos; esa interacción puede ser a distancia como por ejemplo entre la luna y la Tierra, o un imán y alfileres o por contacto como por ejemplo cuando se patea una pelota, siempre actúan sobre ambos cuerpos fuerzas de igual intensidad y dirección, pero en sentido opuesto.

Ahora la acción de una fuerza sobre un cuerpo se puede reconocer por una ruptura, deformación o cambio de movimiento.
También se debe saber que las fuerzas se representan por vectores y también que sí dos o más fuerzas actúan sobre un cuerpo es posible reemplazarlas por una fuerza de igual efecto llamada resultante.

Vínculos

Para describir el movimiento de un cuerpo pueden identificarse otros cuerpos que restringen el movimiento del primero. Estos cuerpos se denominan vínculos. Cuando alguien se sienta en una silla, esta impide que se mueva hacia abajo, la silla es un vínculo, cuando un mono camina por la rama de un árbol, ésta impide que el animal se caiga, es decir que se mueva verticalmente hacia abajo, la rama es el vínculo. Las vías por las que circula un tren también son un vínculo.
Los vínculos ejercen fuerzas sobre los cuerpos y restringen ciertos movimientos, pero no intercambian energía es decir no realizan trabajo.

Resumiendo, la biomecánica estudia el comportamiento de la materia viva en movimiento o en reposo, bajo la acción de fuerzas (que pueden ser externas o internas) y que una fuerza externa es aquella que no pertenece al cuerpo en estudio y que en general se llaman cargas y una fuerza interna que es la que se origina dentro de él y se llaman tensiones. Las fuerzas se suelen denominar presiones. Siendo presión el cociente entre la fuerza que se aplica y la superficie sobre la cual se aplica.

P =F / S

Los movimientos por efecto de una fuerza pueden ser rotatorios, traslatorio o una combinación de ambos, cualquiera de ellos demuestra que el cuerpo está realizando un trabajo.
El trabajo es la distancia que se mueve un cuerpo, multiplicada por la fuerza que se le aplica para moverse.

W = F x d

Cada vez que un cuerpo se desplaza, hay trabajo, si hay trabajo hay consumo de energía.

Las leyes físicas que se usan en Biomecánica son las leyes de Newton y son tres:

1- Ley de Inercia
2- Ley de Masa
3- Ley de Acción y Reacción

1 – La inercia es la tendencia que tienen los cuerpos a permanecer en movimiento o en reposo y puede ser modificada mediante la aplicación de una fuerza .
Si un auto frena bruscamente, los pasajeros se van hacia delante , los cuerpos tienden a mantener la velocidad que llevaban por inercia, ahora si el auto empieza a andar muy aceleradamente, todos se van para atrás por inercia, porque quieren seguir en reposo como estaban.

2 – La Ley de Masa permite relacionar las fuerzas que actúan sobre los cuerpos y las aceleraciones que las producen.
Para un mismo cuerpo, cuanto mayor es la intensidad de la fuerza que actúa sobre él, mayor será la aceleración y una misma fuerza provoca aceleraciones distintas en cuerpos diferentes.

F = m . a

Cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo, este adquiere una aceleración de la misma dirección y sentido que la de la fuerza y la intensidad de esa aceleración es proporcional a la fuerza aplicada.

3 – Principio de acción y reacción
A toda acción (ejercida por un cuerpo sobre otro) se opone una reacción igual y de sentido contrario.

Cada vez que aplicamos una fuerza, recibimos una igual y de sentido contrario, si no estamos bien parados resultaremos desequilibrados por nuestra propia fuerza; y cuando trabajamos con alguien de mayor peso se cumple el mismo principio (acción-reacción) y si no estamos bien equilibrados la diferencia de peso hará que cause en nosotros el efecto contrario al buscado.

Siempre estar adecuadamente parado para que al aplicar una acción la fuerza de reacción no nos desequilibre.

Si choca un auto pequeño contra un camión, ambos ejercen fuerzas iguales y de sentido contrario, pero la fuerza del auto no alcanza a deformar el camión y le cambia levemente el movimiento; el camión al tener más masa para bruscamente al auto y lo deforma bastante.

Otro ejemplo: al auto lo impulsa el piso, ya que el motor hace girar la rueda, éstas ejercen una fuerza sobre el piso hacia atrás, éste le devuelve una fuerza hacia delante que lo impulsa, sino patina y puede ejercer la fuerza inicial sin resbalar.

Por Hilda Rosales
Profesora de Física – Instructora y Cinturón Negro de Taekwondo

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Equilibrio

Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza, dicho cuerpo sufrirá un desplazamiento en la misma dirección y sentido de la fuerza y cuando actúa una cupla (dos fuerzas de igual valor pero de sentido contrario desplazadas una cierta distancia), el cuerpo sufrirá una rotación en el sentido de la cupla.

Podemos distinguir dos tipos de equilibrio: el equilibrio estático y el equilibrio dinámico.

-Equilibrio estático: corresponde a un cuerpo en reposo, la fuerza involucrada es la acción de la gravedad y la interacción entre los cuerpos.
-Equilibrio dinámico: corresponde a un cuerpo en movimiento. Las fuerzas que intervienen son, aparte de las ya nombradas, las fuerzas de inercia.

Cuando un sistema de fuerzas se encuentra en equilibrio es porque las fuerzas aplicadas no producen cambio en el estado de movimiento del mismo.
Las fuerzas gravitatorias (pesas) pueden ser nuestro aliado o enemigo.

Existe la base de sustentación: figura definida por nuestros puntos de contacto con el piso.
Un cuerpo se encuentra en equilibrio debido a su peso cuando la vertical que pasa por el centro de gravedad se encuentra dentro de la base de sustentación.
Recordar que estática es la parte de la física que estudia los cuerpos en equilibrio y también nos permite armar un sistema donde la sumatoria de las fuerzas es cero.

El equilibrio es la posibilidad de mantener una posición mientras se realiza una actividad específica. Un cuerpo permanece en equilibrio cuando la suma vectorial de las fuerzas que se ejercen sobre él es nula.

La pérdida del equilibrio se debe a la falta de coordinación o a la fatiga, cuando no puede compensarse se produce un accidente conocido como caída. Se puede clasificar al equilibrio de varias maneras según la relación con el centro de gravedad y la base de sustentación, y pueden ser:

1- Estable
2- Inestable
3- Indiferente

Las fuerzas son las que producen, detienen y evitan el movimiento y pueden incrementar y disminuir la velocidad o cambiar la dirección de los objetos.

Fuerza en general es la intensidad con la que interactúan dos cuerpos.

Características de una fuerza

-Recta de acción-Dirección-Sentido-Punto de aplicación e Intensidad o Magnitud

Si el punto de aplicación de una fuerza está alineado con el centro del objeto, causará un movimiento lineal o de traslación, pero si se aplica por fuera del centro de gravedad producirá un movimiento rotatorio. Si dos fuerzas de sentido opuesto tienen la misma magnitud o intensidad el cuerpo permanecerá en equilibrio, mientras que si una es mayor que la otra, el movimiento se producirá en el sentido de la mayor.

El efecto de las fuerzas sobre los cuerpos si es externa cambia el estado de movimiento o reposo, si es interna produce una deformación o variación térmica. Y a las fuerzas se las puede clasificar en extrínsecas al cuerpo, por ejemplo las que produce la gravedad (el peso), la mano aplicada sobre un cuerpo, empujón, etc. y fuerzas intrínsecas al cuerpo por Ej. fuerza muscular.

Momento de una fuerza

M = F x d

Es efecto de la fuerza sobre un cuerpo con respecto a otro punto del cuerpo.

La 2º Condición de Equilibrio dice que una fuerza que actúa sobre un cuerpo rígido a cierta distancia de un punto fijo tiende a producir la rotación del cuerpo.

CENTRO DE GRAVEDAD

El centro de gravedad de un cuerpo es el punto donde se encuentra aplicada la resultante de la fuerza peso del mismo. O sea el centro de Gravedad o Baricentro de un cuerpo es el punto donde puede considerarse concentrada su masa (peso).

El centro de gravedad en nosotros se encuentra aproximadamente a la altura del ombligo. Si tenemos en cuenta una pelota en el aire separada del suelo, su baricentro estará en el centro de la pelota, si a esa pelota se le aplica una fuerza en su baricentro se desplazará y por encima o debajo de él se desplazará o rotará. (Ver gráficos)

Idéntico resultará un golpe de Empuje en nuestros oponentes; también se llama Centro de Masa al punto por donde pasa la fuerza de gravedad.

Se debe tener en cuenta la geometría de los cuerpos que pueden ser neutros (planos), positivos (con relieve) y negativos (con depresiones). O sea en la masa estudia la forma del cuerpo o sea estudia morfología y la relaciona con la función estática.

La estabilidad de un objeto es inversamente proporcional a la altura de su centro de masas por arriba de su base.

Al aumentar el peso, aumenta la estabilidad, por ejemplo una pirámide de papel es menos estable que una pirámide de arena. Hay que tener en cuenta la relación con la base de sustentación, ya que si una persona carga dos bolsas de arena sobre sus hombros, por más que aumente el peso, su estabilidad disminuye porque su centro de masas se elevó.
Cuando una persona lleva una carga pesada, por ejemplo una valija, el cuerpo se desplaza en la dirección opuesta y el otro brazo se levanta automáticamente con el fin de compensar, de esta manera el centro combinado de masas se mantiene en una posición central, a la altura de los pies.

El centro de masas se puede encontrar tanto dentro del cuerpo (más cerca de la zona en donde se encuentra la mayor cantidad de masa) como fuera del mismo, por ejemplo en un anillo, salvavidas o al inclinar el tronco hacia delante.

CENTRO DE GRAVEDAD DE CUERPOS

Por Hilda Rosales
Profesora de Física – Instructora y Cinturón Negro de Taekwondo

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Palanca

Palanca es un sistema compuesto por 2 fuerzas (potencia, resistencia) y un punto de apoyo. Las palancas se clasifican de acuerdo a la posición de los elementos que la componen, pero en todos los casos, el principio que las gobierna es el mismo y se basa en el equilibrio entre las 2 fuerzas y que se puede expresar: El momento de la potencia respecto al punto de apoyo debe ser igual y de sentido contrario al momento de la resistencia respecto al mismo punto. Y momento es el producto de la fuerza por la menor distancia de la misma al punto que es el brazo de la palanca.

P x bp = R x br

Según esta fórmula mediante una fuerza P, se puede vencer una resistencia R mayor.

Siempre se debe buscar aumentar el brazo de palanca y en lo posible disminuir el de la resistencia, y así poder vencer fuerzas mucho mayores que las que aplico. En la naturaleza hay muchos ejemplos de palancas y prácticamente toda situación de equilibrio entre fuerzas se puede reducir a casos simples o combinados de palancas.
Al aplicarlo recordar que la resistencia es el peso y las fuerzas de inercia de nuestro oponente, que la potencia es el esfuerzo que realizamos nosotros y el apoyo puede variar; puede llegar a ser nuestro punto de sustentación, el de nuestro oponente u otro a elegir.

En las palancas se puede determinar lo que se llama VM (ventaja mecánica) dividiendo el brazo de potencia por el brazo de resistencia.

VM = bp / br

Y así usar una palanca para aumentar la fuerza, cambiar la dirección de la potencia o ganar distancia.

Hay 3 tipos de palancas:

1º Género: el punto de apoyo se ubica entre la potencia y la resistencia. De acuerdo con los bp y br puede requerirse un esfuerzo pequeño para levantar un gran peso, o bien la potencia puede actuar a una distancia pequeña para mover la resistencia a una distancia mayor o sea que la VM puede ser mayor o menor que 1.
Ej. : subibajas, tijeras, el triceps sobre el cúbito con el brazo arriba de la cabeza.

2º Género: la resistencia se sitúa entre el apoyo y la potencia. Como el br es siempre menor que el bp, la VM es siempre mayor que 1, es decir la potencia será menor que la resistencia. Ej. : carretilla, cascanueces, el triceps sural en puntas de pie. Si la potencia se mueve hacia arriba la resistencia también lo hace y viceversa.

3º Género: La potencia se sitúa entre el punto de apoyo y la resistencia. El bp siempre es menor que el br, la potencia debe ser mucho mayor que la resistencia por lo tanto la VM es siempre menor a 1.
Ej. : pinzas, cañas de pescar, el bíceps con el antebrazo.

bp = brazo de potencia br = brazo de resistencia

Por Hilda Rosales
Profesora de Física – Instructora y Cinturón Negro de Taekwondo