A A 2 0 11-2 0 1 2 U N I V E R S I TA D E G L I S T U D I D I R O M A T O R V E R G ATA FA C O LTA D I M E D I C I N A E C H I R U R G I A L A U R E A T R I E N N A L E I N S C I E N Z E M O T O R I E Insegnamento di BIOMECCANICA P r o f. s s a M a r i a G u e r r i s i D o t t. P i e t r o P i c e r n o
Programma del corso MODULO 1: Introduzione alla biomeccanica MODULO 2: Misura e stima MODULO 3: Centro di massa MODULO 4: Analisi del salto verticale MODULO 5: Analisi del cammino MODULO 6: Macchine da muscolazione Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 2
Modulo 6 Macchine da muscolazione Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 3
Macchine semplici Si definisce macchina semplice un organo meccanico assimilabile al un corpo rigido vincolato ad un punto o ad un asse, capace di equilibrare o vincere, mediante forze motrici, forze resistenti esterne. Non richiedono l uso di un motore. Tutto ciò che mi procura un vantaggio per equilibrare potenza (P) fulcro (F) resistenza (R) P = R bp = br braccio di P (bp) braccio di R (br) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 4
Macchine semplici Si definisce macchina semplice un organo meccanico assimilabile al un corpo rigido vincolato ad un punto o ad un asse, capace di equilibrare o vincere, mediante forze motrici, forze resistenti esterne. Non richiedono l uso di un motore. Tutto ciò che mi procura un vantaggio per equilibrare o vincere una resistenza, è una macchina. potenza (P) fulcro (F) resistenza (R) P = R bp > br braccio di P (bp) braccio di R (br) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 5
Leve asta rigida indeformabile Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 6
Leve asta rigida indeformabile ruota attorno ad un fulcro fulcro (F) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 7
Leve asta rigida indeformabile ruota attorno ad un fulcro potenza (forza attiva, quella da applicare) potenza (P) fulcro (F) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 8
Leve asta rigida indeformabile ruota attorno ad un fulcro potenza (forza attiva, quella da applicare) resistenza (forza passiva, quella da vincere) potenza (P) fulcro (F) resistenza (R) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 9
Leve asta rigida indeformabile ruota attorno ad un fulcro potenza (forza attiva, quella da applicare) resistenza (forza passiva, quella da vincere) braccio (distanza che intercorre tra fulcro e punto di applicazione della potenza - resistenza e determina la vantaggiosità della leva) potenza (P) fulcro (F) resistenza (R) braccio di P (bp) braccio di R (br) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 10
Classificazione (caso di equilibrio) l equilibrio è garantito da P bp = R br vantaggio: V = (P bp)/(r br) indifferente: V=1 vantaggiosa: V>1 (ci vuole una piccola potenza per equilibrare una grande resistenza) svantaggiosa: V<1 Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 11
Classificazione (caso di equilibrio) leva di 1 genere: fulcro tra la potenza e la resistenza può essere indifferente, vantaggiosa o svantaggiosa potenza (P) fulcro (F) resistenza (R) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 12
Classificazione (caso di equilibrio) leva di 2 genere: resistenza tra il fulcro e la potenza sempre vantaggiosa fulcro (F) resistenza (R) potenza (P) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 13
Classificazione (caso di equilibrio) leva di 3 genere: potenza tra la fulcro e resistenza sempre svantaggiosa fulcro (F) resistenza (R) potenza (P) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 14
Carrucola (o puleggia) fissa P = R bp = br Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 15
Carrucola (o puleggia) fissa cambia solo direzione alla forza (bp = br) tiro 10cm, e il carico si solleva di 10cm Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 16
Carrucola (o puleggia) mobile bp = 2bR (applico meta della forza per equilibrare una resistenza) P ha verso opposto di R Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 17
Carrucola composta cambio verso di P con una carrucola fissa 1 carrucola fissa + 1 carrucola mobile = paranco semplice demoltiplica la forza da applicare (il braccio di P è il doppio del braccio di R) moltiplica lo spostamento da compiere in fase di tiraggio il carico è ancorato ad una carrucola mobile il suo peso è ripartito tra i due parti di corda un capo è ancorato al muro (lo regge il muro) l altro capo passa da una carrucola fissa (potenza) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 18
Carrucola composta cambio verso di P con una carrucola fissa 1 carrucola fissa + 1 carrucola mobile = paranco semplice demoltiplica la forza da applicare (il braccio di P è il doppio del braccio di R) moltiplica lo spostamento da compiere in fase di tiraggio Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 19
Paranchi multipli Conservazione dell energia Il lavoro meccanico da compiere è lo stesso (devo sollevare di 10cm il carico), ma se voglio ridurre la forza applicata devo aumentare in maniera proporzionale lo spostamento (tiraggio). vantaggio del paranco: P = R/2 n dove n = numero paranchi semplici (fonte: Wikipedia) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 20
Paranchi multipli Conservazione dell energia Il lavoro meccanico da compiere è lo stesso (devo sollevare di 10cm il carico), ma se voglio ridurre la forza applicata devo aumentare in maniera proporzionale lo spostamento (tiraggio). vantaggio del paranco: P = R/2 n dove n = numero paranchi semplici (fonte: Wikipedia) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 21
Camme la forma ellittica permette di avere 3 tipi di vantaggi (rapporto tra bp e br): Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 22
Camme La camme mi da vantaggio in quei gradi di movimento dove il braccio della forza muscolare è estremamente svantaggioso (ad esempio l inizio della trazione alla lat machine) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 23
Sistemi per lo sviluppo di forza muscolare 1. macchine a resistenza costante (isoinerziali) 2. macchine a resistenza variabile (camme) 3. macchine a resistenza adattiva (isocinetica) Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 24
Misure di forze (isoinerziale) Cella di carico per la misura della forza di trazione c a v o forza c a v o Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 25
Misure di forze (isoinerziale) Accelerometro sul pacco pesi Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 26
Misure di forze (isoinerziale) P = forza peso T = forza di trazione Non è mai vero che P = T a causa di attriti, paranchi e inerzia del carico (caso dinamico) 200 Forza pacco pesi Forza di trazione Forza [N] 100 P T estensione [ ] 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Cinematica tempo del ginocchio [s] 120 100 80 60 40 20 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 tempo [s] Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 27
Stima della forza muscolare Il braccio della forza muscolare varia al variare del angolo articolare, quindi il suo vantaggio dipende dall angolo, se ne deduce che la forza muscolare, mentre si solleva un carico costante (isoinerziale) non è mai costante!! Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 28
Resistenza variabile e adattiva resistenza variabile resistenza adattiva Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 29
Metodo isocinetico vantaggi: - tensione muscolare uguale per tutto l arco del movimento M O F = I O α L accelerazione angolare, che normalmente varia al variare dell angolo articolare, è mantenuto a zero in quanto la velocità angolare del gesto è tenuta costante durante tutto l arco di movimento elettromeccanicamente Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 30
Metodo isocinetico vantaggi: - tensione muscolare uguale per tutto l arco del movimento svantaggi*: - regime di contrazione differente rispetto a ciò che avviene nei movimenti naturali che, al contrario, non sono mai a velocità angolare costante - richiede che il paziente sviluppi almeno il 60% della sua forza massima *Bosco 2000 Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 31
Modulo 6: apprendimento Dopo questa lezione dovreste saper descrivere: cos'è una macchina semplice e perchè viene usata come vengono classificate le leve come vengono classificate le carrucole i vantaggi del paranco I vantaggi delle camme come effettuare misure di forza in modalità isoinerziale i "vantaggi" dell'isocinetica Modulo 6 Macchine da muscolazione - pag. 32