Palancas en el cuerpo humano

La palanca, una de las cinco grandes máquinas simples de la Antigüedad, ha sido y continúa siendo un componente básico en nuestros ingenios mecánicos, permitiéndonos ahorrar multitud de esfuerzo en tareas cotidianas. Las palancas nos permiten obtener lo que llamamos una ventaja mecánica, bien sea multiplicando nuestra fuerza, ampliando la velocidad del movimiento o aumentando nuestra precisión.

Una palanca es una barra, que en el caso ideal es de masa despreciable, y que se sostiene sobre un punto de apoyo (también denominado fulcro). Al ejercer una fuerza en un punto de la palanca, ésta se transmite a través de ella, recibiéndose modificada en otro punto. Esta fuerza transmitida y modificada por la palanca se utiliza para vencer una resistencia. En función de la situación del punto de apoyo, del punto de aplicación de la fuerza ejercida y del punto en el que la resistencia es vencida, existen tres tipos de palancas.

Pero las palancas no están sólo en los artefactos construidos por el hombre, podemos encontrarlas por doquier en la naturaleza. Y como no, no podían faltar en una de las máquinas más perfectas que existen: el cuerpo humano. De hecho, gran parte del movimiento de nuestro cuerpo puede explicarse a través del trabajo conjunto de huesos,

músculos y articulaciones, que actúan como simples palancas. Veámoslo.

1. PALANCAS DE PRIMER GÉNEROEn el movimiento de la cabeza cuando asentimos, encontramos una palanca de primer grado.Al desplazar la cabeza hacia atrás, el cráneo pivota sobre la vértebra atlas (el punto de apoyo).

Los músculos trapecio y esternocleidomastoideo, realizan la fuerza necesaria para mover el peso de la cabeza. Otro ejemplo lo encontramos al realizar algo tan cotidiano como llamar a una puerta. El músculo que trabaja es el triceps que como puedes ver arriba se inserta en el antebrazo por detrás del codo. Así el triceps se contrae, haciendo que el antebrazo pivote sobre el codo, moviendo el peso del antebrazo y alejándolo de nuestro cuerpo. Es el mismo movimiento que cuando se lanza un tiro libre en baloncesto.

2. PALANCAS DE SEGUNDO GÉNEROLas encontramos al caminar, un movimiento tan genuinamente humano. Al andar, se ponen en juego distintos músculos que accionan palancas de 2º grado, que multiplican la fuerza para que podamos desplazar el peso de nuestro cuerpo.

En este gif animado se muestran en dos fases los músculos implicados al andar. En la primera fase observamos cómo nos impulsamos para elevar el pie, jugando un papel primordial, los gemelos. Éstos al contraerse, transmiten su fuerza al talón de Aquiles, que vence el peso del cuerpo, haciendo pivotar el pie cerca del nacimiento de las falanges. En la segunda fase, el pie se deposita en el suelo suavemente. Al apoyar el pie en el suelo, éste pivota sobre el talón (su punto de apoyo). La fuerza la realizan ahora los músculos tibiales que permiten que el peso se deposite suavemente en el suelo. 

3. PALANCAS DE TERCER GÉNEROSon unas palancas muy utilizadas en el cuerpo humano. Su ventaja mecánica es que aumentan el movimiento, sacrificando así la fuerza, con el fin de conseguir una mayor velocidad y un mayor desplazamiento.Podemos sujetar y elevar pesos en nuestras manos gracias a la acción de los biceps, que ejercen la fuerza necesaria sobre el antebrazo. Éste pivota sobre el codo levantando así el

brazo y acercando el objeto a nuestro cuerpo. También los cuadriceps trabajan accionando una palanca de tercer género, cuando por ejemplo, damos una patada al balón en un partido de fútbol. Así los cuadriceps, hacen pivotar a la pierna hacia arriba, venciendo su peso. Fíjate que en este caso el punto de apoyo es la rodilla. Como puedes observar nos hemos focalizado en algunas etapas de un movimiento concreto. En nuestros movimientos cotidianos el cuerpo utiliza multitud de músculos que concatenan diferentes palancas, combinándose la acción de muchas de ellas a la vez. 

 Si quieres saber más sobre las palancas en el cuerpo humano, estos enlaces son muy interesantes, eso sí, están en inglés. En ellos he encontrado la gran mayoría de imágenes que he insertado en este pequeño artículo. ¡Qué los disfrutes!http://www.peworld.org/student_resources/powerpoint/levers/sld001.htm http://academic.uofs.edu/faculty/KOSMAHLE1/courses/pt245/245lecnt.htm http://www.dynamicscience.com.au/tester/solutions/hydraulicus/humanbody.htm

Fuerzas actuantes

Sobre la barra rígida que constituye una palanca actúan tres fuerzas:

La potencia; P: es la fuerza que aplicamos voluntariamente con el fin de obtener un resultado; ya sea manualmente o por medio de motores u otros mecanismos.

La resistencia; R: es la fuerza que vencemos, ejercida sobre la palanca por el cuerpo a mover. Su valor será equivalente, por el principio de acción y reacción, a la fuerza transmitida por la palanca a dicho cuerpo.

La fuerza de apoyo: es la ejercida por el fulcro (punto de apoyo de la barra) sobre la palanca. Si no se considera el peso de la barra, será siempre igual y opuesta a la suma de

las anteriores, de tal forma que la palanca se mantiene sin desplazarse del punto de apoyo, sobre el que rota libremente.

Nomenclatura

Brazo de potencia; Bp: la distancia entre el punto de aplicación de la fuerza de potencia y el punto de apoyo.

Brazo de resistencia; Br: la distancia entre la fuerza de resistencia y el punto de apoyo.

Ley de la palanca

En física, la ley que relaciona las fuerzas de una palanca en equilibrio se expresa mediante la ecuación:

Ley de la palanca: Potencia por su brazo es igual a resistencia por el suyo.

Siendo P la potencia, R la resistencia, y Bp y Br las distancias medidas desde el fulcro hasta los puntos de aplicación de P y R respectivamente, llamadas brazo de potencia y brazo de resistencia.

Si en cambio una palanca se encuentra rotando aceleradamente, como en el caso de una catapulta, para establecer la relación entre las fuerzas y las masas actuantes deberá considerarse la dinámica del movimiento en base a los principios de conservación de cantidad de movimiento y momento angular.