La mecánica es el estudio de las fuerzas y sus efectos.   La aplicación de estos principios mecánicos al cuerpo humano y animal en movimiento y en reposo es la biomecánica, un intento de combinar la ingeniería y la fisiología. La biomecánica cubre un espectro amplio, desde el estudio teórico a la aplicación práctica.  

Al observar la anatomía macroscópica del sistema muscular podemos ver que los músculos tienen diferentes disposiciones fibrilares. Esta estructura interna del músculo determina la relación de la fuerza que puede producir el músculo y la distancia en la cual puede contraerse.

El efecto de la contracción muscular depende también de las inserciones musculares al esqueleto.  El ángulo con el cual el músculo tira de la palanca ósea determina sus componentes de fuerza rotatoria y estabilizadora y la distancia de la inserción muscular al eje del sistema de palancas determina el momento de fuerza que puede ser producido.

 Cuando dos o más músculos actúan sobre el mismo hueso, la resultante final depende de la fuerza desarrollada por cada músculo, sus ángulos individuales de tracción y sus localizaciones relativas al eje de la articulación.

La resistencia que se opone a las fuerzas de los músculos, huesos y articulaciones, puede deberse a la fuerza de gravedad, resistencia del agua, elasticidad de los materiales, fricción, estructuras fijas o resistencia manual.  El ángulo de la línea de aplicación de la resistencia o carga y la distancia de la carga al eje del sistema de palancas determina la efectividad de la resistencia. 

Gravedad es la carga más comúnmente aplicada sobre el cuerpo y proporciona una línea de fuerza en dirección constante. Tanto el peso como la posición de la resistencia al ejercicio y del segmento corporal son importantes cuando se determina el efecto de la gravedad.

Los sistemas de poleas de utilizan para cambiar la línea de tracción sobre el cuerpo. Estos pueden ser montados para ofrecer resistencia , o como auxiliar en el soporte o movimiento, y pueden actual en cualquier dirección.

Estática: El estudio de los cuerpos que permanecen en reposo o en equilibrio como resultado de las fuerzas que actúan sobre ellos

Dinámica,

-         Cinemática: Ciencia del movimiento, estudia las relaciones que existen entre los desplazamientos, velocidades y aceleraciones en el movimiento traslacional y rotacional.

-         Cinética: Trata de los cuerpos en movimiento y las fuerzas que actúan para producirlo.

El término fuerza es uno de los conceptos básicos en mecánica y puede definirse como un impulso o tracción. Un objeto o cuerpo para producir una fuerza debe siempre actuar sobre otro. Esta acción puede resultar en un atracción o impulso, y el cuerpo que es impulsado reacciona tan vigorosamente como el cuerpo que lo está impulsando. Esto significa por ejemplo que si usted empuja hacia abajo un escritorio con una fuerza de 2,2 k, el escritorio realiza una fuerza igual y contraria contra usted.

Las fuerzas también pueden actuar entre cuerpos que no están en contacto entre sí, ejemplos son la fuerza de atracción de la gravedad, la tracción y rechazo de las partículas cargadas eléctricamente, y de materiales magnetizados, o las fuerzas de atracción del núcleo que mantienen unido al átomo.

En mecánica las fuerzas involucradas son tanto externas como internas.  Las fuerzas externas son llamadas cargas. Ajenas a la estructura son por ejemplo la fuerza de gravedad, resistencia del aire, resistencia del agua, inercia, acción muscular y reacción del piso.  Las fuerzas internas que reaccionan a estas cargas son llamadas tensiones.  Tensión es la resistencia interna de un material que reacciona a una carga aplicada externamernte.

Una fuerza tanto si es una carga como si es una tensión no está completamente descrita totalmente si conocemos sólo su magnitud.  Para definir una fuerza tenemos que definir su:

- MAGNITUD

- LINEA DE ACCION

- DIRECCION

- PUNTO DE APLICACIÓN

En mecánica usamos vectores constantemente ya que ésta es la forma más sencilla de manejar las fuerzas.  Los sistemas de fuerza se visualizan como una serie de vectores que actúan en relación con un objeto entre sí. Cada vez que se utiliza un vector para representar una fuerza debe clasificarse con una letra o número que designe su magnitud. Las distancias pueden designarse con valores reales, o representarse.

Un diagrama de cuerpo libre es donde todas las fuerzas se dibujan en la proporción correcta.

ESPACIO:

El espacio necesita un sistema de referencias.  Se utilizan los ejes de coordenadas x, y, z

El eje X se llama abscisa y el Y ordenada. El punto de intersección de los ejes se conoce como el origen del sistema. 

Pueden visualizarse entonces tres planos cardinales en relación con las coordenadas X, Y, Z: Frontal, coronal que divide al cuerpo en porciones anterior y posterior (plano X, Y)

Sagital que divide el cuerpo en porciones  izquierda, derecha (plano YZ)

Transverso u horizontal que divide al cuerpo en porciones superior e inferior (plano XZ)

MATERIA

Es todo lo que ocupa un lugar en el espacio.  En nuestra discusión de biomecánica frecuentemente trataremos con la cantidad de materia, o masa, sobre la cual se aplica la fuerza de gravedad. Esta masa puede ser un objeto, como una pesa de ejercicio, o puede ser todo el cuerpo o un segmento del mismo.  Con el objeto de aplicar los principios de mecánica al movimiento humano, el concepto de centro de masa de un objeto puede ser usado constantemente,  v el centro de masa por definición, es aquel punto que se encuentra exactamente en el centro de masa de un objeto.  Esto es llamado frecuentemente centro de gravedad.

Los pesos y centros de masa han sido determinados por Brsaune y Fischer en 1889, Dempster en 1955 y Clauser en  1969.

Peso no es lo mismo que masa. El peso de un cuerpo es la atracción que ejerce la fuerza de gravedad sobre su masa. La fuerza de gravedad que actúa siempre sobre los objetos se dirige verticalmente hacia el centro de la tierra.  Esto establece la dirección y la línea de acción para la fuerza de gravedad. Esta línea de fuerza se denomina frecuentemente línea de gravedad.

La fuerza que actúa sobre toda la masa de un objeto rígido puede considerarse que está actuando como un solo vector a través de su centro de masa.  Este vector único representa la suma de muchas fuerzas paralelas distribuidas a través del objeto. El uso de este principio facilita los cálculos sin pérdida de exactitud.

En algunos casos debemos tratar con muchas fuerzas separadas mientras están en contacto con otros objetos.

La presión, que es un aspecto importante de la fuerza, indica como está distribuida la fuerza dentro de un área, la presión se define como el cociente de la fuerza total entre la superficie de aplicación de la misma, como se muestra en la ecuación P:F/A

Está formula de la presión promedio en unidades de fuerza por unidades de área, por  lo general Kg/cm² por ejemplo, si un cojinete de presión actúa sobre una

órtesis de espalda y ejerce una fuerza de 1,8 kg sobre un área de 122 cm2 la presión promedio en la región por debajo del cojinete sería de 1,8 kg divididos entre 122 cm2 o aproximadamente 0,014 kg/cm2, ¿cuál será la magnitud de la fuerza por unidad de área si el cojinete fuera de 30,4 cms?

Este principio de fuerza por unidad de área se utiliza en patinaje y esquí haciendo posible pararse y caminar en nieve suave.

La posición de los pacientes encamados debe cambiarse frecuentemente con el objeto de alternar las áreas de la piel que están bajo presión. Esto es particularmente cierto en la presencia de deterioro circulatorio o sensorial. La presión es un factor crítico en el ajuste de aparatos protésicos para amputados de miembros inferiores, especialmente aquellos con apoyo isquiático o con apoyo terminal. El socket debe diseñarse de manera que la fuerza de contacto se distribuya en un área grande de piel y acojinar prominencias óseas en órtesis.

LEYES DE NEWTON

®     Ley de Inercia

Ejemplos:

Wiplash - Llevar en silla de ruedas

®     Ley de Aceleración

Costo energético en marcha con órtesis –

®     Ley de Reacción

Marcha en terrenos irregulares - Marcha sobre arena