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

En la 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:

Una persona sostiene una mancuerna 500 Newton (N) en su mano derecha. Su antebrazo y la mano se llevan a cabo los efectos de escritorio 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 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 consiste en averiguar primero el concepto de biomecánica de aplicar y luego seleccionando y resolviendo la ecuación apropiada.

"Para mantener el antebrazo / mano de la rotación en la articulación del codo" los medios para prevenir la aceleración angular. No 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 la biomecánica para aplicar es el equilibrio.

Equilibrium, en formato de ecuación, se indica como

# 931-F = 0 (donde F se ofrecen fuerzas)# 931-T = 0 (donde T se ofrecen pares)

La cuestión describe la prevención de la rotación del antebrazo / mano en la articulación del codo, lo que significa mantener # 931-T = 0 en la articulación del codo. El concepto de aplicar la biomecánica es par.

Torque es el efecto de giro de una fuerza, calculado como el producto de una fuerza (F) Y su brazo de momento (Massachusetts), Escrito matemáticamente como T = F X Massachusetts. Antes de poder resumir los pares, es necesario identificar las fuerzas que tienen un brazo de momento y pueden crear un par. Para ello, pasar por el problema, identificar cada fuerza, y póngale una etiqueta:

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

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

• La fuerza muscular se puede etiquetar F_M (dónde M es sinónimo de músculo).

El peso es una fuerza que actúa siempre a la baja. 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 va a utilizar para el cálculo de los pares, y rellenar la información conocida del problema de palabras, más o menos así:

Es importante que los pesos pueden enumerar como fuerzas negativas. El brazo de momento para cada fuerza es en el mismo lado del eje de articulación del codo, de modo ajustado a todos como positivo. 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 mancuernas) crean pares negativos, y es importante hacer una lista de la dirección, así como la magnitud del par en la tabla.

A continuación, utilice la ecuación # 931-T = 0 para resolver para el par creado por el músculo (T_M). Para ello, expanda la ecuación para listar todos los pares, como este:

T_M + T_D + T_S = 0

Ahora, aislar para el par muscular desconocido:

T_M = -T_D - T_S

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

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

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

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

T_M = F_M X Massachusetts_M

Aislar de F_M, haciendo la ecuación:

Por último, escriba su respuesta:

El par muscular necesaria para evitar 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, debido al brazo de palanca corta para la muscular en la articulación.