o Velocidad media: desplazamiento dividido entre el tiempo total

Estudio del impacto sobre las rodillas en actividad física
Anji Li Zhao
ITESM Campus Cuernavaca
Rita María del Río
Jorge Álvarez Díaz
Roberto Barrientos
Proyecto Escolar con apoyo externo
Estudio del impacto sobre las rodillas durante actividad física
Delimitación de problema
Tema: Mecánica y Calor
Antecedentes
Hoy en día muchas personas han adoptado una forma de vida sedentaria. Por lo cual disminuyen su
actividad física. Una solución que se ha empleado para esto es el correr. Sin embargo, parece ser
que esta actividad puede lastimar las rodillas, ya que el correr implica un repetido impacto sobre las
articulaciones, especialmente las rodillas. Un corredor en una carrera de 10km, descarga,
aproximadamente, su peso corporal 5000 veces en cada una de sus extremidades inferiores. Por eso
no debe extrañarnos que la frecuencia con que el corredor de fondo padece de molestias en las
rodillas esté en torno del 40% de toda su patología. 1 Subir escaleras, saltar la cuerda y caminar son
otras actividades que producen un impacto en esta articulación, lo cual puede llevar a lesiones,
obligando al individuo a desistir de su actividad física. La disminución de estas lesiones ayudaría a
promover el deporte y así mejorar la salud física de la gente en general. Sin embargo, los métodos
de diagnóstico de posibles lesiones o lesiones, son un tanto ambiguos o requieren de una tomografía
y una seria de estudios que abarcan un mayor rango de tiempo. Es por eso que creemos importante
buscar algún método alterno de diagnóstico, basado en el impacto que recibe la rodilla al correr,
para de esta forma prevenir lesiones y fomentar el deporte.
Objetivo
El objetivo de este proyecto comparar el impacto sobre la rodilla durante la carrera y el salto. Al
mismo tiempo que estudiamos si la energía disipada durante estos impactos puede ser medida en
términos de la temperatura. De ser así se podría utilizar para detectar incrementos anómalos en la
temperatura que conlleven a posibles lesiones en los corredores.
Marco Teórico
o
o
o
Velocidad media: desplazamiento dividido entre el tiempo total recorrido.
Velocidad instantánea: Velocidad que se obtiene cuando ∆t se aproxima a 0.
Aceleración: Cambio en la velocidad dividido entre el tiempo que tardo en
efectuarse el cambio.
o
o
Segunda Ley de Newton (F=ma)
Ley de termodinámica: el calor suministrado a un sistema es igual a la sumad el
incremento en la energía interna de éste y el trabajo realizado por el sistema sobre
sus alrededores, esto significa que la energía no se crea ni se destruye, sólo se
transforma. ∆Q=∆U+∆W, donde Q es el calor suministrado al sistema, U
incremento en la energía del sistema, W el trabajo realizado por el sistema.
Metodología
Se analizarán videos tomados con una cámara digital Canon Power Shot SD1300IS y otra
infrarroja FLIR. La cámara infrarroja nos fue facilitada por el apoyo externo del Centro de
Investigación en Energía (CIE). En los primeros videos se analizará la trayectoria de la rodilla
cuadro por cuadro para determinar la distancia que recorre algún punto predeterminado de la
rodilla, en el tiempo en que se captura la imagen. Al mismo tiempo se tomará un video con la
cámara infrarroja y se compararon los resultados.
1
Silván Hernán, Los problemas de la rodilla, http://www.hernansilvan.com/articulos/art6.pdf
Estudio del impacto sobre las rodillas en actividad física
Anji Li Zhao
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Rita María del Río
Jorge Álvarez Díaz
Roberto Barrientos
Proyecto Escolar con apoyo externo
Para determinar la aceleración primero se calculará velocidad media en cada cuadro del video para
después calcular la aceleración media. Se graficarán las aceleraciones medias en función del
tiempo para comparar las diferentes actividades.
En la parte de medición de la temperatura se utilizará el video para analizar el proceso de correr o
saltar. Se comparará fundamentalmente el inicio y el final de las termografías.
Desarrollo
Se hicieron diferentes tomas de dos actividades físicas que
implican un impacto considerable en las rodillas, correr y saltar
la cuerda utilizando la cámara Canon. En ambas tomas se
filmó un punto de referencia, del cual sabíamos sus
dimensiones en centímetros para así poder hacer la conversión
de pixeles a centímetros, como se muestra en la figura.
En las diferentes tomas se analizó la trayectoria de la rodilla
mediante el software Kinovea. Donde se midió en pixeles la
distancia que recorrió la rodilla durante el tiempo que tardó la
cámara en capturar la imagen, para así obtener la velocidad instantánea. Se repitió este método
varias veces para obtener las múltiples velocidades y al medir su cambio en el tiempo se obtuvo la
aceleración. Se transformó la aceleración de pixeles por segundo cuadrado a metros por segundo
cuadrado
Una vez obtenida la aceleración se puede calcular el impacto utilizando la segunda ley de Newton.
Por otro lado, se analizó la termografía en los videos de infrarrojo directamente con la escala que
provee la imagen.
Resultados:
En el experimento realizado, los resultados preliminares muestran que el impacto que sufrieron las
rodillas al correr fue significativamente mayor que el que sufrieron las mismas al saltar. Así mismo
en las tomas infrarrojas se observa un incremento en la temperatura de la rodilla mayor al correr que
al saltar como se muestra en las siguientes imágenes.
Saltar
Correr
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Otro resultado interesante es la discontinuidad de la velocidad de la rodilla en la carrera: un instante
antes y después de hacer contacto con el suelo. El desplazamiento de la rodilla en la dirección
vertical disminuye dramáticamente al contacto con el suelo para luego ser reanudado un instante
después, al flexionarse la rodilla.
1)
2)
3)
Conclusiones:
Los resultados muestran que existe una relación entre ejercicio con mayor impacto y
regiones de mayor temperatura en la rodilla. Como se pudo observar en las tomas donde le
impacto fue mayor la zona de mayor temperatura fue de mayor tamaño. Podemos entonces
concluir que parte de la energía mecánica se transforma en energía térmica incrementando
la temperatura.
Bibliografía Consultada
1.- Buffa Wilson, Física, Pearson, Quinta edición, México, 2003, pp. 36-40
2.- Montañez Luisa, Aguilar Arturo, Valapai Fabián, Guía práctica para el examen de ingreso a la
Universidad, Pearson Educación, México, 2009 pp. 350 y 387
3.- Obtenido de la red mundial el día 10 de marzo del 2011, Silván Hernán, Los Problemas de la
rodilla, Madrid, http://www.hernansilvan.com/articulos/art6.pdf