Fundamentos de biomecánica deportiva

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Fundamentos de biomecánica deportiva marcos gutiérrez dávila

Marcos Gutiérrez Dávila Ilustración de cubierta: Sara Arroyo López EDITORIAL SÍNTESIS, S. A. Vallehermoso, 34 28015 Madrid http://www.sintesis.com ISBN 978-84-9077-192-1 Depósito Legal M. 29.697-2015 Impreso en España - Printed in Spain Reservados todos los derechos. Está prohibido, bajo las sanciones penales y el resarcimiento civil previstos en las leyes, reproducir, registrar o transmitir esta publicación, íntegra o parcialmente, por cualquier sistema de recuperación y por cualquier medio, sea mecánico, electrónico, magnético, electroóptico, por fotocopia o por cualquier otro, sin la autorización previa por escrito de Editorial Síntesis, S. A.

Índice Prólogo 13 capítulo 1 La biomecánica como ciencia del deporte 1.1. Las ciencias del deporte 17 1.2. Concepto y desarrollo de la Biomecánica Deportiva 22 1.3. Ámbito de aplicación de la Biomecánica Deportiva 26 Glosario de términos 32 Ejercicios y actividades 33 capítulo 2 Mecánica del Sistema MusculoEsquelético 2.1. El sistema musculoesquelético. Concepto y fundamentos básicos 35 2.1.1. Elasticidad y resistencia de los materiales biológicos 36 2.1.2. Estrés mecánico. Concepto y clasificación 37 2.1.3. Relación entre el estrés y la deformación. El módulo de Young 40 2.2. Mecánica y estructura ósea del organismo 43 2.3. Mecánica y estructura de los tendones y ligamentos 49 2.4. Mecánica y estructura muscular 53

6 FUNDAMENTOS DE BIOMECÁNICA DEPORTIVA 2.4.1. La fibra muscular 54 2.4.2. Tipos de fibras musculares 57 2.5. El control neuromuscular 59 2.5.1. La unidad motora 60 2.5.2. Mecanismos de regulación de la fuerza muscular 61 2.5.3. Receptores propioceptivos de la acción muscular 63 Actividades prácticas: Registro de la tensión muscular. La electromiografía de superficie (semg) 64 Glosario de términos 69 Ejercicios y actividades 72 capítulo 3 Mecánica de la contracción muscular 3.1. Tipos de contracción muscular 75 3.2. Modelo mecánico de tres elementos para la contracción muscular 77 3.3. Relación entre la fuerza muscular y la velocidad 81 3.3.1. Tensión-velocidad en actividad concéntrica 81 3.3.2. Tensión-velocidad en actividad excéntrica 84 3.4. Relación entre fuerza muscular y longitud 85 3.5. El ciclo estiramiento-acortamiento 87 3.5.1. Fases del ciclo estiramiento-acortamiento 88 3.6. Análisis de los registros de la fuerza muscular 91 3.6.1. Curva fuerza estática-tiempo 93 3.6.2. Curva fuerza dinámica concéntrica-tiempo 94 3.6.3. Curva fuerza dinámica excéntrica/concéntrica-tiempo 95 Actividades prácticas: Análisis de la fuerza muscular: Plataformas de fuerza 97 Glosario de términos 101 Ejercicios y actividades 102 capítulo 4 Mecánica: Conceptos básicos 4.1. Mecánica: concepto y clasificación 105

ÍNDICE 7 4.2. Masa: concepto general 107 4.2.1. Masa gravitatoria e inercial 107 4.2.2. Equivalencia entre masa gravitatoria e inercial 110 4.3. Fuerza y tensión: concepto general 112 4.3.1. Carácter vectorial de la fuerza 113 4.3.2. Fuerza neta y fuerza resultante 114 4.4. Momento de una fuerza 115 4.4.1. Relación entre los momentos de fuerza y de resistencia 116 4.4.2. Carácter vectorial del momento de una fuerza 118 4.5. Centro de masas (CM) y centro de gravedad (CG): concepto general 120 4.5.1. Propiedades 122 Actividades prácticas: Análisis vectorial 124 Glosario de términos 127 Ejercicios y actividades 128 capítulo 5 Sistemas en equilibrio: Estática 5.1. Condiciones de equilibrio. Primera Ley de Newton 132 5.2. Diagrama de fuerzas de los sistemas coordinados 134 5.2.1. Fuerzas internas y externas al sistema 135 5.2.2. Clasificación y representación de las fuerzas externas 137 5.3. El sistema coordinado del cuerpo humano 140 5.3.1. Definición del modelo 141 5.3.2. Los parámetros inerciales 143 5.4. Determinación del centro de gravedad del cuerpo humano 145 5.5. Estabilidad del equilibrio del cuerpo humano 148 5.5.1. Centro de presión (CP): concepto y su relación con la estabilidad 149 5.5.2. Factores que condicionan la estabilidad 151 5.5.3. Tipos de equilibrio según la estabilidad del sistema 153 5.5.4. Ajustes posturales del cuerpo humano 155 Actividades prácticas: Análisis del equilibrio humano. La estabilometría. 157 Glosario de términos 160 Ejercicios y actividades 162

8 FUNDAMENTOS DE BIOMECÁNICA DEPORTIVA capítulo 6 Cinemática lineal y angular 6.1. El movimiento: concepto y clasificación 165 6.1.1. Clasificación del movimiento según las dimensiones en que se reproduce 166 6.1.2. Clasificación del movimiento según la trayectoria descrita 167 6.1.3. Clasificación del movimiento según los cambios que se producen en la velocidad 170 6.2. Los sistemas de referencia 170 6.2.1. Sistemas de referencia inerciales y no inerciales 172 6.2.2. Sistema de referencia del propio cuerpo y locales 174 6.3. Cinemática lineal 175 6.3.1. Vector posición, vector desplazamiento y trayectoria 176 6.3.2. Velocidad lineal media e instantánea 180 6.3.3. Aceleración lineal media e instantánea 184 6.3.4. Relación entre variables cuando la aceleración es constante 189 6.3.5. Análisis de las trayectorias aéreas: movimientos parabólicos 192 6.4. Cinemática angular 195 6.4.1. Medida del ángulo. Grados y radianes 196 6.4.2. Determinación de los ángulos 197 6.4.3. Posición y desplazamiento angular 198 6.4.4. Velocidad angular media e instantánea 200 6.4.5. Aceleración angular media e instantánea 202 6.4.6. Relación entre movimiento lineal y angular 203 Actividades prácticas: Análisis cinemático del movimiento deportivo: Fotogrametría 2D 204 Glosario de términos 207 Ejercicios y actividades 209 capítulo 7 Dinámica lineal 7.1. Cantidad de movimiento: concepto y aplicaciones 214 7.1.1. Principio de conservación de la cantidad de movimiento 214 7.2. La Segunda Ley de Newton para los movimientos rectilíneos 218 7.3. Impulso mecánico: concepto y aplicaciones 219

ÍNDICE 9 7.4. Teorema del centro de masas 223 7.5. Principio de fuerza inicial 227 7.6. Principio de coordinación de impulsos parciales 231 7.7. Fuerzas de rozamiento: concepto y aplicaciones 233 7.7.1. Fuerza de rozamiento estática y dinámica 235 7.7.2. Fuerza de rozamiento por rodadura 238 Actividades prácticas: Determinación del impulso y la cantidad de movimiento a partir de los registros de fuerza. Plataformas de fuerza 242 Glosario de términos 247 Ejercicios y actividades 248 capítulo 8 Dinámica angular 8.1. Momento de Inercia: concepto y aplicaciones 251 8.1.1. Teorema de ejes paralelos o de Steiner 254 8.1.2. El momento de inercia del cuerpo humano 256 8.2. Segunda Ley de Newton para la rotación 260 8.3. Momento angular: concepto y aplicación 261 8.3.1. El momento angular del cuerpo humano 264 8.3.2. Principio de conservación del momento angular 267 8.3.3. Transferencia del momento angular 270 8.4. Impulso angular: concepto y aplicaciones 272 8.5. Las cadenas cinéticas: concepto y aplicación 275 8.5.1. Cadenas cinéticas secuenciales 277 Actividades prácticas: Conservación y transferencia de momentos angulares 281 Glosario de términos 285 Ejercicios y actividades 286 capítulo 9 Fuerzas ejercidas por los fluidos 9.1. Los fluidos: concepto y características generales 289 9.1.1. Densidad y viscosidad 290 9.1.2. Fuerza y presión ejercida por los fluidos 292

10 FUNDAMENTOS DE BIOMECÁNICA DEPORTIVA 9.1.3. Flotabilidad de los cuerpos 294 9.2. Fuerza de arrastre 295 9.2.1. Fuerza de arrastre viscoso 297 9.2.2. Fuerzas de arrastre de forma 297 9.3. Fuerza de sustentación 300 9.4. Efecto Magnus 304 Actividades prácticas: Determinación de la densidad media del cuerpo humano y estimación del porcentaje de grasa corporal 308 Glosario de términos 313 Ejercicios y actividades 314 capítulo 10 Energética del movimiento 10.1. Trabajo mecánico: concepto y aplicaciones 317 10.2. Energía mecánica 321 10.2.1. Energía mecánica cinética 321 10.2.2. Energía mecánica potencial 323 10.2.3. Energía mecánica total del cuerpo humano 324 10.2.4. Ley de conservación de la energía 325 10.3. Eficiencia mecánica 327 10.3.1. Causas que reducen la eficiencia mecánica en el movimiento 328 10.4. Potencia 332 10.5. Impactos elásticos entre superficies 334 10.5.1. Contacto oblicuo con una superficie 336 Glosario de términos 339 Ejercicios y actividades 340 Anexo I Análisis vectorial Suma de vectores 343 Producto de un número por un vector 345 Producto escalar de dos vectores 346 Producto vectorial de dos vectores 347

ÍNDICE 11 Anexo II Funciones trigonométricas Soluciones a los problemas Capítulo 1 357 Capítulo 2 358 Capítulo 3 360 Capítulo 4 361 Capítulo 5 363 Capítulo 6 366 Capítulo 7 369 Capítulo 8 372 Capítulo 9 375 Capítulo 10 377 referencias bibliográficas 381