TEMA 10: LOS DESPLAZAMIENTOS

Biomecánica de las Técnicas Deportivas (3º)
Facultad de Ciencias del Deporte. Universidad de Castilla la Mancha.
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TEMA 10: LOS DESPLAZAMIENTOS
1- FASES TEMPORALES: diferentes criterios para dividir fases
temporales.
2-DIAGRAMAS ÁNGULO-ÁNGULO. Ejemplos
3- RELACIONES ENTRE AMPLITUD, FRECUENCIA Y
VELOCIDAD.
4- EFICACIA EN EL DESPLAZAMIENTO
Bibliografía:
Adrian, M.J y Cooper, J.M. (1989). Biomechanics of running. En: Biomechanics of human movement;
15:295-313. Brown & Benchmark. Madison Wisconsin.
Aguado, X. (1993). Eficacia y técnica deportiva. Análisis del movimiento humano. INDE . Barcelona.
Cavanagh, P.R. (1990). Biomechanics of distance running. Human Kinetics. Champaign Illinois.
Hamill, J. y Knutzen, K.M. (1995). Biomechanical basis of Human Movement. Williams & Wilkins.
Baltimore.
Hay, J.G. (1993). Biomechanics of sports techniques. Prentice Hall. Londres.
Milliron, M.J y Cavanagh, P.R. (1990). Sagittal Plane Kinematics of the lower Extremity During
Distance Running” . Capítulo 3:(65-105), en :Cavanagh, P.R. editor: Biomechanics of distance running.
Human Kinetics. Champaign Illinois.
Plas, F.; Viel, E. y Blanch, Y. (1984). La marcha humana. Vigot. París.
Watkins, J. (1999). Structure and function of the musculoskeletal system. Human Kinetics. Champaign
Illinois.
Williams, K.R. (1993). Biomechanics of distance running. En: Current issues in biomechanics, compilador
Grabiner, M.; 1:3-32. Human Kinetics. Champaign Illinois.
Williams, K.R. (1990). Relationships Between Distance Running Biomechanics and Running Economy .
Capítulo 11:(271-305), en :Cavanagh, P.R. editor: “Biomechanics of distance running”. Human Kinetics.
Champaign Illinois.
Guiones de las clases. Tema 10. Profesor: Xavier Aguado Jódar
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1-FASES TEMPORALES
Los desplazamientos: carrera, marcha, nado, ciclismo, remo, piragüismo,
esquí de fondo, patinaje, ... son, salvo en contadas ocasiones (como pe la
salida), movimientos cíclicos. Como tales tienen una secuencia de partes
del movimiento que se completa reinicializándose y acabando
constantemente, sin interrupciones, a lo largo del tiempo. A esa secuencia
que se repite a lo largo del tiempo se le denomina ciclo y un ciclo puede
descomponerse en fases.
El tiempo se puede expresar en segundos o también normalizado (en
porcentajes respecto a la duración total del ciclo). A veces se usan para
separar fases criterios de la relación con el medio (apoyo, no apoyo, vuelo,
fase acuática), también se usan criterios de posición, ángulo o relación de
segmentos corporales. Si no se utiliza simplemente el tiempo.
CINEMÁTICAS: Se describen características cinemáticas (características
del movimiento) en las fases. En forma de posiciones, recorridos,
velocidades, aceleraciones, ángulos, velocidades angulares y aceleraciones
angulares. En la marcha (Plas, Viel y Blanch, 1984):
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3
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6
En el ejemplo anterior se ha usado para la división en fases el criterio de la
relación del miembro inferior con el suelo (1, 2, 3, 4 y 5) y en la separación
de las dos últimas fases el movimiento angular (relación entre segmentos
del cuerpo).
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En el primer 10% del ciclo y entre el 50 y 60% el apoyo es bipodal, el resto
(80%) es monopodal.
Apoyo bipodal. Prácticas de
Biomecánica de las Técnicas
Deportivas, curso 2002-03..
Apoyo monopodal. Prácticas de Biomecánica de las
Técnicas Deportivas, curso 2002-03..
En la marcha se considera un paso lo que sucede desde el inicio del apoyo
de un pie hasta el inicio del apoyo del otro, mientras que una zancada se
considera como 2 pasos consecutivos, es decir desde el inicio del apoyo de
un pie hasta el inicio del apoyo del mismo pie.
Modificado de
Hamill y Knutzen,
1995.
Se podría usar también cualquier variable cinemática, principalmente
referidas al CG o a la parte del cuerpo que participa de forma más
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importante. Pe: la velocidad del CG, posición de los segmentos, .. .. .
Evolución de la velocidad del CG en carrera a 4 m / s.
Gráfico modificado
de Watkins (1999).
A partir de los datos anteriores se podrían dividir las siguientes fases:
1 Fase aérea: no existe apoyo en el suelo (criterio de relación con el
medio).
Esta a su vez se podría dividir en:
-ascenso del CG (mientras la velocidad vertical disminuye hasta 0
-descenso del CG (mientras la velocidad vertical del CG disminuye desde 0
hasta el máximo valor negativo.
2 Fase de apoyo derecho: existe contacto con el suelo (también relación
con el medio).Esta a su vez se podría dividir en:
- frenado, mientras se pierde velocidad horizontal del CG
- impulsión, mientras se gana velocidad horizontal del CG
3 Fase aérea:
-ascenso
-descenso
4 Fase de apoyo izquierdo:
- frenado
- impulsión
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Recogiendo en abscisas el tiempo normalizado en % se puede representar
la evolución de cualquier ángulo a lo largo del desplazamiento, de un ciclo o
de una parte de un ciclo.
Modificado de Hamill y
Knutzen, 1995.
Evolución del ángulo de la cadera durante
un ciclo de la marcha.
Evolución del ángulo de la rodilla durante un
ciclo de la marcha, que acaba con la casi
extensión total de rodilla.
Evolución del ángulo del tobillo durante un ciclo de
la marcha.
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Evolución del ángulo del retropié durante la
fase de apoyo en carrera de fondo.
Modificado de Hamill y
Knutzen, 1995.
Forma y convenio de signos en el cálculo del
ángulo del retropié.
Supinación = extensión + aducción +
inversión
Pronación = flexión + abducción + eversión.
También se realizan a veces los llamados gráficos ángulo-ángulo, en
los que se puede ver la evolución en parte de un ciclo, un ciclo o varios
ciclos.
Se pueden representar también diagramas ángulo-ángulo. El siguiente
corresponde a la carrera a 3,6 m / s y muestra en un ciclo la evolución del
ángulo de la rodilla en relación con la inclinación del muslo:
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Modificado de Hamill y
Knutzen, 1995.
CINÉTICAS: Se utilizan criterios cinéticos para dividir en fases el ciclo.
Normalmente se usan las fuerzas de reacción del suelo en desplazamientos
en el medio terrestre o las fuerzas del agua contra la mano o pala en el
medio acuático, o a veces las presiones (plantares contra la zapatilla o de la
mano contra el agua).
Modificado de Watkins (1999).
Modificado de Hamill y Knutzen, 1995.
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Fuerza (N)
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1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600
0
0.04
0.08
0.12
0.16
0.2
Tiempo (s)
Fuerza (N)
Fuerza X
Fuerza Z
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
-200
-400
0
0.04
0.08
0.12
0.16
Tiempo (s)
Fuerza X
Fuerza Z
2000
Fuerza (N)
1500
1000
500
0
-500
0
0.04
0.08
0.12
0.16
-1000
Tiempo (s)
Fuerza X
Fuerza Z
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Pe en ciclismo se puede dividir un círculo, en el que se pueden representar
diferentes fases del pedaleo. El siguiente ejemplo está obtenido con
ciclistas de élite, es un vectograma en el que se muestra un ciclo de
pedaleo en el pedal izquierdo, dividido en 20 partes (separadas por el
mismo ángulo, por lo que no hay representación de tiempo) en las que se
representa en cada una la media de las fuerzas de acción obtenidas sobre
el pedal. La recogida de datos está realizada a 100 rpm y 400 W.
Burke, 1986.
A partir de este vectograma se podrían dividir fases atendiendo a los
cambios en la dirección de las fuerzas o a sus módulos o al momento que
provocan sobre el plato.
OTROS CRITERIOS DE DIVISIÓN: Se puede, pe representar la evolución
de la activación muscular (EMG) a lo largo del tiempo.
Williams, 1993.
Corriendo en una cinta sin fin a 4,8 m / s.
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2- DIAGRAMAS ÁNGULO-ÁNGULO:
Los ejemplos que se van a poner pertenecen todos a la carrera.
Probablemente el diagrama ángulo-ángulo más usado sea el de flexión de
rodilla-inclinación del muslo. Muchos autores prefieren usar el ángulo de
inclinación del muslo antes que el de flexión de cadera por motivos
metodológicos ya que este último es mas difícil de medir, menos
reproducible y obliga a l marcaje de más puntos en la digitalización. No
obstante existe una correlación entre el valor del ángulo de inclinación del
muslo y el ángulo de flexión de cadera.
Máxima hiperextensión (media de varios estudios de diferentes
autores):
Ángulo de cadera: - 9,5º
Ángulo de inclinación del muslo: -25º
Máxima flexión (media de varios estudios de diferentes autores):
Ángulo de cadera: 24º
Ángulo de inclinación del muslo: 34º
Los siguientes gráficos proceden de: Milliron y Cavanagh (1990), que
corresponde al capítulo III (65-105) titulado “Cinemática del plano sagital de
la extremidad inferior durante la carrera de larga distancia” del libro editado
por Cavanagh (1990) que aparece en la bibliografía.
Comparación de los pasos derechos e izquierdos
(media de varios pasos en 31 sujetos). Corriendo
a 3,57 m / s.
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Recogida de varios pasos
durante 7 s corriendo en la
cinta sinfín. El sujeto a
(izquierda) muestra una
menor variabilidad que el
sujeto b (derecha). El sujeto
b presenta una alta
variabilidad sobre todo en la
zona de máxima flexión de
rodilla en la fase aérea.
Media de 4 sujetos corriendo
en la cinta sin fin a diferentes
velocidades (3,4-5 m / s).
Media de 4 sujetos corriendo en la cinta sin fin sin
pendiente, con pendiente positiva de 10 y 20º y con
pendiente negativa de 10 y 20º.
Diagrama ángulo de tobillo-ángulo de
rodilla, que también se usa frecuentemente en
el estudio de la carrera. Comparación de los
pasos dcha. Y los izq. (media de varios pasos
en 31 sujetos). Corriendo a 3,57 m / s.
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3- RELACIONES ENTRE AMPLITUD, FRECUENCIA Y VELOCIDAD
En los desplazamientos existen unas relaciones entre amplitud, frecuencia y
velocidad:
v = amplitud ⋅ frecuencia
amplitud =
v
frecuencia
frecuencia =
v
amplitud
pe: desplazándonos a velocidad constante de nado o carrera, en un tramo
más o menos largo (que conocemos su distancia y tenemos marcado), en el
que se toma el tiempo (esto lo podemos hacer posteriormente a partir de
una grabación de vídeo) podremos calcular la frecuencia, la velocidad y a
partir de estas la amplitud media.
frecuencia =
n ª ( pasos, zancadas, brazadas,..)
t
La velocidad la conoceremos simplemente a partir de medir el tiempo en el
vídeo en cubrir el tramo marcado (cuya distancia conocemos):
v=
e
t
y la amplitud media la obtendremos a partir de la fórmula anteriormente
expuesta. Así podríamos pe observar las variaciones en frecuencia y
amplitud al variar las velocidades, podremos conocer la amplitud media y
frecuencia en situación de competición, podremos conocer la evolución en
éstas con la fatiga, .. ..
Existen factores individuales vinculados a flexibilidad, fuerza, tipo de
entreno, técnica, arquitectura muscular, .. .. que llevan a que cada atleta
posea una amplitud óptima con la que desplazándose a una misma
velocidad lo haga con la mayor economía de esfuerzo (por lo tanto con un
menor consumo energético). Se ha comprobado en carrera, que mediante
intervenciones en el entrenamiento no muy largas (a partir de 3 semanas)
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permiten poder ampliar algo la amplitud manteniendo el mismo consumo de
oxígeno y frecuencia al haber mejorado la economía de esfuerzo. Entre las
estrategias usadas se ha probado la retro información en tiempo real de
consumo de oxígeno a una misma velocidad modificando diferentes
aspectos técnicos como la posición de los miembros superiores o del
tronco, .. ..
Modificado de Williams (1993).
Ejemplos de relación frecuencia-amplitud en la carrera:
2 m / zancada x 3 zancadas / s = 6 m / s
si consiguiera, manteniendo la misma amplitud de zancada, aumentar la
frecuencia estaría aumentando la velocidad de carrera:
2 m / zancada x 4 zancadas / s = 8 m / s
No obstante, un aumento de la frecuencia suele acompañarse de una
disminución en la longitud de las zancadas. Así si pasáramos de:
2 m / zancada x 3 zancadas / s = 6 m / s
a
1,5 m / zancada x 4 zancadas / s = 6 m / s
no habríamos conseguido nada, pero si lográramos que la amplitud no
disminuyera mucho podríamos haber incrementado la velocidad, como en el
siguiente ejemplo:
1,8 m / zancada x 4 zancadas / s = 7,2 m / s
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¿De qué dependen la amplitud y la frecuencia en la carrera?
Como se ha explicado, la velocidad de la carrera depende de la amplitud de
zancada y de la frecuencia. Así habrá que estudiar los diferentes factores
que determinan estas 2 variables.
La longitud de zancada es la suma de 3 distancias (primero de un paso y
luego del paso siguiente):
- DISTANCIA DE DESPEGUE: distancia horizontal desde el extremo
anterior del pie hasta el CG en el instante del despegue.
- DISTANCIA DE VUELO: distancia horizontal cubierta por el CG
durante l vuelo.
- DISTANCIA DE ATERRIZAJE: distancia horizontal desde el CG
hasta el extremo anterior del pie en el instante del contacto del pie con
el suelo.
Modificado de
Hay (1993).
Los siguientes datos pertenecen a 12 corredores de 100 metros con
tiempos entre 9,9 y 10,4 s, corriendo a máxima velocidad. Los valores están
expresados en porcentajes respecto a la longitud de paso.
Distancia de despegue
Distancia de vuelo
Distancia de aterrizaje
MIN
0,22
0,5
0,12
MEDIA
0,26
0,57
0,17
MAX
0,3
0,64
0,2
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RANGO
0,08
0,14
0,08
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La distancia de despegue depende de:
- factores antropométricos
-posición del cuerpo en el instante de pérdida de contacto con el suelo. La
variabilidad en la inclinación que pueda presentar la pierna respecto al suelo
proporciona diferentes distancias de despegue.
Hay (1993).
Cuanta más inclinación pierna-suelo más distancia de despegue.
La distancia de vuelo depende de:
-los factores que determinan las trayectorias de los movimientos parabólicos
(ya que el CG realiza un movimiento parabólico durante el vuelo). Sobre
todo depende de V0, que a su vez dependerá de las fuerzas aplicadas
contra el suelo (acción) y por lo tanto recibidas (reacción) durante la fase de
apoyo en el suelo.
Estas fuerzas se logran aplicar gracias al movimiento (angular) de
diferentes articulaciones como cadera, rodilla, tobillo,..
La distancia de aterrizaje depende de:
- la posición del aterrizaje, cuando se vuelve a contactar el suelo, tras la
fase de vuelo. Su contribución es pequeña a la distancia total del paso y
querer aumentarla nos podría frenar la velocidad de avance. De hecho una
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estrategia para frenar la velocidad usada en carreras de corta distancia tras
haber sobrepasado la meta es precisamente el aumentar esta distancia,
colocando el apoyo más delante de lo que se hace en la carrera y de esta
manera recibiendo del suelo mayores fuerzas de reacción de frenado.
La frecuencia de zancada depende de:
-el tiempo de duración de cada zancada.
- el tiempo de una zancada dependerá a su vez de los tiempos de
apoyo y de vuelo. En velocistas en las salidas el “ratio” entre estos
tiempos es de 2:1 y en carrera a máxima velocidad se sitúa entre
1:1,3 y 1:1,5. Es decir en las primeras zancadas el 67% del tiempo de
duración del ciclo corresponde a apoyos en suelo (derecho e
izquierdo) y el resto vuelos. Desde este porcentaje se pasa hasta el
40-45% del tiempo del ciclo correspondiente a los apoyos, cuando se
corre a la máxima velocidad.
La máxima velocidad en la carrera de 100 m se logra entre los 50 y 60 m;
donde se puede llegar a obtener en torno a 43 km / h.
En los 100 m se dan de 49 a 50 pasos enteros (51 las mujeres). Se
obtiene en toda la carrera una amplitud media de 2 m (1.14 veces la
estatura). La amplitud máxima en hombres se sitúa entre 2.20 y 2.50 m y
en mujeres entre 1.80 y 2.15 m, entre los 50 y 60 m.
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4- EFICACIA EN EL DESPLAZAMIENTO:
Se sabe que diferentes variables biomecánicas y fisiológicas se encuentran
íntimamente ligadas en los desplazamientos.
Así, por ejemplo, diferentes variables cinemáticas de la carrera influyen en
un mayor o menor consumo de oxígeno corriendo a una misma velocidad.
Si logramos desplazarnos a la misma velocidad pero con un menor coste
energético estaremos mejorando la eficacia.
Autores como Williams (1990) describen mecanismos por los que una
modificación en la mecánica de la carrera puede conducir a una disminución
del coste energético y mejora de la economía de carrera, que permitirá una
ganancia en velocidad y la consecuente mejora en los tiempos:
Williams (1990): Diferentes
factores mecánicos que
influyen en el mayor o menor
consumo de oxígeno.
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Figura procedente de un artículo de Cavanagh reproducida en el capítulo de Williams (1990).
Relación de valores de
variables mecánicas
clasificados en función de
si producen un bajo, medio
o alto consumo de
oxígeno.
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