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
LAUREA TRIENNALE IN SCIENZE MOTORIE
Insegnamento di
BIOMECCANICA
Prof.ssa Maria Guerrisi
Dott. Pietro Picerno
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
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
Modulo 6 – Macchine da muscolazione - pag. 2
Modulo 6
Macchine da muscolazione
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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)
resistenza (R)
fulcro (F)
P=R
bP = bR
braccio di P
(bP)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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)
resistenza (R)
fulcro (F)
P=R
bP > bR
braccio di P
(bP)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
braccio di R
(bR)
Picerno – Guerrisi
Modulo 6 – Macchine da muscolazione - pag. 5
Leve
• asta rigida indeformabile
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
Modulo 6 – Macchine da muscolazione - pag. 6
Leve
• asta rigida indeformabile
• ruota attorno ad un fulcro
fulcro (F)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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)
resistenza (R)
fulcro (F)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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)
resistenza (R)
fulcro (F)
braccio di P
(bP)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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)
resistenza (R)
fulcro (F)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
Modulo 6 – Macchine da muscolazione - pag. 12
Classificazione (caso di equilibrio)
leva di 2° genere:
• resistenza tra il fulcro e la potenza
• sempre vantaggiosa
resistenza (R)
fulcro (F)
potenza (P)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
Modulo 6 – Macchine da muscolazione - pag. 13
Classificazione (caso di equilibrio)
leva di 3° genere:
• potenza tra la fulcro e resistenza
• sempre svantaggiosa
resistenza (R)
fulcro (F)
potenza (P)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
Modulo 6 – Macchine da muscolazione - pag. 14
Carrucola (o puleggia) fissa
P=R
bP = bR
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
Modulo 6 – Macchine da muscolazione - pag. 21
Camme
• la forma ellittica permette di avere 3 tipi di
vantaggi (rapporto tra bP e bR):
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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)
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
Modulo 6 – Macchine da muscolazione - pag. 25
Misure di forze (isoinerziale)
Accelerometro sul pacco pesi
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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
Forza
pacco
Forza
di pesi
trazione
(caso dinamico)
Forza [N]
200
100
0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
T
P
estensione [°]
Cinematicatempo
del ginocchio
[s]
120
100
80
60
40
20
0
0.0
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
0.2
0.4
tempo [s]
0.6
0.8
1.0
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!!
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
Modulo 6 – Macchine da muscolazione - pag. 28
Resistenza variabile e adattiva
resistenza variabile
resistenza adattiva
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
Modulo 6 – Macchine da muscolazione - pag. 29
Metodo isocinetico
vantaggi:
- tensione muscolare uguale per tutto
l’arco del movimento
∑M
O
F
= IOα
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
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
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
Biomeccanica (A A 2011-2012)
Picerno – Guerrisi
Modulo 6 – Macchine da muscolazione - pag. 32
