Elemente de biomecanica

Elemente de biomecanica

Cinematica umana

Cel care a pus bazele cinematicii umane este fiziologul E. J. Marey (1830-1903)

care a studiat miscarile membrelor, trunchiului si corpului uman, precum si miscarile

diferitelor parti ale corpului si caracterele pasului uman, dinamica mersului, presiunea pe

sol, lucrul mecanic cheltuit in timpul mersului si al alergarii.

Mersul, alergarea si saritura sunt forme ale locomotiei umane si se caracterizeaza

prin existenta unor faze de sprijin unilateral sau dublu ale corpului pe sol, precum si a unei

faze in care corpul nu se sprijina deloc pe sol, asa cum este cazul sariturii.

Legile pasilor

Pasul, conform lui Marey, reprezinta seria de miscari ce se executa intre doua

pozitii asemanatoare ale aceluiasi picior. Legile pasilor sunt :

a) lungimea medie a pasului normal este mai mare la barbat (120 cm), decat la femei (100

cm);

b) la ambele sexe, pasul drept (piciorul stang fiind cel de sprijin) este mai mare decat

pasul stang;

c) departarea laterala a picioarelor in timpul mersului este mai mica la barbati (11-12 cm)

decat la femei (12-13 cm) din cauza conformatiei diferite a bazinului;

d) lungimea pasului creste cu frecventa, pana la o cadenta de 75 de pasi/minut, la o

cadenta mai mare lungimea pasului scade;

e) viteza mersului creste cu frecventa pasilor pana la o cadenta de 85 pasi/minut ; la o

cadenta mai mare, viteza descreste.

Centrul de greutate al corpului uman

Corpul uman are o forma neregulata si o structura neomogena si nerigida si din

acest motiv centrul de greutate al corpului nu are o pozitie fixa ci depinde de pozitia

corpului, a membrelor, de incarcarea suplimentara a acestora etc.

Pozitia CG al corpului uman se determina ca fiind la intersectia a trei plane reciproc

perpendiculare (Fig. 1), si anume : un plan orizontal O, un plan frontal F, un plan median

M antero-posterior.

Fig. 1. Determinarea CG al corpului uman

- datorita structurii corpului uman CG se afla in planul median antero posterior, plan de

simetrie;

- planul orizontal imparte corpul in doua parti de greutate egala si in acest plan se afla

CG;

- planul frontal cuprinde CG in timpul stationari verticale, trece prin mijlocul pavilionului

urechii, posterior de articulatia coxo-femurala, anterior de articulatia genunchiului si a

articulatiei tibio-tarsiene.

Pozitia centrului de greutate se modifica la orice modificare a pozitiei membrelor si

chiar in repaus aparent, centrul de greutate isi modifica pozitia datorita miscarilor ritmice

de respiratie (Fig. 2).

Fig. 2 Modificarea centrului de greutate uman in functie de pozitia corpului

Actiunea gravitatiei asupra organismelor

Se observa mai usor la plante - purtand numele de geotropism - la care se

constata ca, indiferent de pozitia unui graunte semanat in pamant, radacina se curbeaza,

patrunzand vertical in sol, iar tulpina creste de asemenea vertical.

Forta centripeta si forta centrifuga. Aplicatii medicale

Miscarea circulara necesita in permanenta interventia unei forte indreptate spre

centrul cercului care modifica directia vitezei. Daca aceasta forta inceteaza sa mai

actioneze, mobilul paraseste traiectoria circulara si se va deplasa in virtutea inertiei de-a

lungul unei drepte. Aceasta este forta centripeta. Conform principiului actiunii si reactiunii,

asupra corpului in miscare circulara actioneaza o forta egala, dar de sens contrar fortei

centripete, numita forta centrifuga. Expresia fortei centrifuge este:

unde m este masa corpului, este viteza unghiulara, iar r este raza traiectoriei. Pamantul

executa o miscare de rotatie, prin urmare asupra sa actioneaza o forta centrifuga ce

explica de ce diametrul Pamantului este mai mare la Ecuator decat la poli.

a. Influenta fortei centrifuge asupra organismului

Forta centrifuga poate fi responsabila pentru anumite traumatisme. In zborurile

curbilinii, forta centrifuga proportionala cu patratul vitezei tangentiale si invers

proportionala cu raza traiectoriei induce o greutate aparenta a pilotului numita greutate

multipla de cateva ori mai mare decat greutatea sa reala (cele doua forte se compun

vectorial). Experienta arata ca un pilot poate suporta in directia picioare-cap o forta

centrifuga de 3g, in directia cap-picioare 5g, in directia spate-piept, pana la 15g. (De

exemplu, intr-un avion cu o viteza de 600 km/h, care executa un loop-ing cu raza de

500m, aviatorul este supus unei forte centrifuge de 5g). In aceste conditii apare

fenomenul de pierdere temporara a vederii, iar un pilot neantrenat poate sa-si piarda

cunostinta. Fenomenele acestea sunt datorate dezechilibrului din aparatul circulator. Forta

centrifuga indreapta sangele catre picioare, iar celelalte regiuni ale organismului nu mai

sunt irigate suficient pentru o vreme. La redresarea avionului, fenomenele au loc in sens

invers si aviatorul revine la starea normala. Antrenamentul duce la acomodarea

organismului prin aparitia reflexelor de adaptare prin compensare cardiaca etc.

b. Centrifuga

Este un aparat indispensabil din laboratorul medical, din clinica, in laboratoarele de

cercetari etc.

Centrifuga de laborator (Fig. 3 b)) contine un dispozitiv de prindere a eprubetelor.

Acestea, in momentul inceperii miscarii de rotatie a centrifugii, datorita fortei centrifuge

capata o pozitie orizontala (Fig. 3 a), b)). Forta centrifuga fiind direct proportionala cu

masa corpului, elementele de mase diferite din suspensia din eprubete vor fi supuse unor

forte diferite si vor sedimenta diferentiat. Sedimentarea este foarte rapida, iar separarea

lichidului de deasupra, de sedimentul de la fundul eprubetei, se face prin decantare.

Sedimentul poate fi apoi extras pe o lama si examinat la microscop.

Fig. 3 a) Pozitionarea eprubetelor in centrifuga in miscare; b) Centrifuga de laborator

Sangele poate fi centrifugat pentru separarea plasmei si a serului. Pentru

conservarea sangelui si prepararea plasmei uscate se intrebuinteaza centrifugarea

asociata cu evaporarea in vid. In bacteriologie centrifugarea unor culturi se face pentru ca

prin eliminarea unei parti din lichid concentratia in microbi sa creasca.