•Fuerza de resistencia. Fuerza generada por una fuente externa al cuerpo (p. ej., la gravedad, la inercia o el rozamiento) y que se opone a la fuerza muscular.
•Fulcro. Punto de apoyo de una palanca.
FIGURA 2.1 Palanca. La palanca transmite fuerza tangencial al arco de rotación de un punto de contacto a otro a lo largo de la longitud del objeto. FA = fuerza aplicada a la palanca; PFA = brazo de palanca de la fuerza aplicada; FR = fuerza que opone resistencia a la rotación de la palanca; PFR = brazo de palanca de la fuerza de resistencia. La palanca aplica una fuerza sobre el objeto que equivale en magnitud a la FR, pero en sentido opuesto.
FIGURA 2.2 Palanca de primer orden (el antebrazo). Extensión del codo contra una resistencia (p. ej., un ejercicio de extensión del músculo tríceps). O = fulcro; FM = fuerza muscular; FR = fuerza de resistencia; PM = brazo de palanca de la fuerza muscular; PR = brazo de palanca de la fuerza de resistencia. Ventaja mecánica = PM/PR = 5 cm/40 cm = 0,125, la cual, al ser inferior a 1, constituye una desventaja.
•Palanca. Cuerpo rígido o semirrígido que, cuando soporta una fuerza cuya línea de acción no pasa por su punto de apoyo, ejerce fuerza sobre cualquier objeto que se oponga a su tendencia a girar (figura 2.1).
•Palanca de primer orden. Palanca en la que la fuerza del músculo y la fuerza de resistencia actúan sobre puntos opuestos del fulcro (figura 2.2).
•Palanca de segundo orden. Palanca en la que la fuerza muscular y la fuerza de resistencia actúan sobre el mismo lado del fulcro, donde la fuerza muscular actúa sobre un brazo de palanca más largo que el de la fuerza de resistencia, como cuando los músculos de la pantorrilla trabajan para ponernos de puntillas (figura 2.3). Gracias a su ventaja mecánica (es decir, a que el brazo de palanca es relativamente largo), la fuerza muscular requerida es menor que la fuerza de resistencia (el peso corporal).
•Palanca de tercer orden. Palanca en la que la fuerza muscular y la fuerza de resistencia actúan sobre el mismo lado del fulcro, donde la fuerza muscular actúa sobre un brazo de palanca más corto que el de la fuerza de resistencia (figura 2.4). La ventaja mecánica es, por tanto, inferior a 1, de modo que la fuerza muscular tiene que ser mayor que la fuerza de resistencia para generar un torque igual al producido por la fuerza de resistencia.
•Torque (también llamado momento). Grado en que una fuerza tiende a girar un objeto sobre un fulcro específico. Se define cuantitativamente como la magnitud de una fuerza multiplicada por la longitud de su brazo de palanca.
•Ventaja mecánica. Relación entre el brazo de palanca de una fuerza aplicada y el brazo de palanca de la fuerza de resistencia (figura 2.1). Para que haya un estado de equilibrio entre el torque aplicado y el torque de resistencia, el producto de la fuerza muscular y el brazo de palanca a través del cual actúa debe equivaler al producto de la fuerza de resistencia y su brazo de palanca. Por tanto, una ventaja mecánica, representada por una relación superior a 1, permite que la fuerza aplicada (muscular) sea inferior que la fuerza de resistencia para producir una cantidad pareja de torque. Por el contrario, una ventaja mecánica con una relación inferior a 1 indica que solo hay que aplicar una fuerza (muscular) mayor que la resistencia presente, creándose así una desventaja evidente para el músculo.
La figura 2.2 muestra una palanca de primer orden, porque la fuerza muscular y la fuerza de resistencia actúan sobre los lados opuestos del fulcro. Durante un esfuerzo isométrico o una rotación articular a velocidad constante, FM · PM = FR · PR. Como PM es mucho menor que PR, FM debe ser mucho mayor que FR; esto pone en evidencia la naturaleza poco ventajosa de esta disposición (es decir, se requiere más fuerza muscular para generar empuje contra una resistencia externa relativamente pequeña).
FIGURA 2.3 Palanca de segundo orden (el pie). Flexión plantar contra una resistencia (p. ej., ponerse de puntillas). FM = fuerza muscular; FR = fuerza de resistencia; PM = brazo de palanca de la fuerza muscular; PR = brazo de palanca de la fuerza de resistencia. Cuando se eleva el cuerpo, el antepié, que es el punto sobre el cual gira el pie, se convierte en el fulcro (O). Como PM es mayor que PR, FM es menor que FR.
FIGURA 2.4 Palanca de tercer orden (el antebrazo). Flexión del codo contra una resistencia (p. ej., un ejercicio de flexión de bíceps). FM = fuerza muscular; FR = fuerza de resistencia; PM = brazo de palanca de la fuerza muscular; PR = brazo de palanca de la fuerza de resistencia. Como PM es mucho menor que PR, FM debe ser mucho mayor que FR.
La mayoría de los músculos del ser humano que imprimen un giro a las extremidades en las articulaciones actúan con una ventaja mecánica inferior a 1 (es decir, con des- ventaja mecánica). Por eso, la fuerza interna de los músculos es mucho mayor que la fuerza ejercida por el cuerpo sobre objetos externos. Por ejemplo, en la figura 2.2, como el brazo de palanca y resistencia es ocho veces más largo que el brazo de palanca del músculo, la fuerza muscular debe equivaler a ocho veces la fuerza de resistencia. Las fuerzas internas extremadamente elevadas que experimentan los músculos y tendones explican en gran parte las lesiones de estos tejidos. Durante el movimiento, la clasificación de una palanca como de primero, segundo o tercer orden a menudo depende de la decisión un tanto arbitraria de dónde se sitúa el fulcro. Por tanto, entender el principio de la ventaja mecánica es mucho más importante que ser capaz de clasificar palancas.
La ventaja mecánica a menudo cambia continuamente durante las actividades de la vida real. Veamos unos ejemplos:
•En movimientos de flexión y extensión de la rodilla, donde la articulación no es una verdadera trocleartrosis, la localización del eje de rotación cambia continuamente a lo largo del arco de movilidad, con lo cual afecta la longitud del brazo de palanca a través del cual actúan los músculos cuádriceps e isquiotibiales. Durante la extensión de la rodilla, la rótula ayuda a prevenir grandes cambios en la ventaja mecánica del músculo cuádriceps al impedir que su tendón se hunda y se aproxime demasiado al eje de rotación.
•En movimientos como la flexión y extensión del codo no hay una estructura como la rótula que mantenga relativamente constante la distancia perpendicular entre el eje de rotación articular y la línea de acción del tendón (figura 2.5).
•Durante el entrenamiento resistido con pesas libres, el brazo de palanca a través del cual actúan las pesas equivale a la distancia horizontal de una línea que recorre el centro de masa de la haltera o la mancuerna hasta la articulación del cuerpo sobre la que se produce la rotación de la extremidad; por tanto, el brazo de palanca de la resistencia varía a lo largo del movimiento (figura 2.6).