Laurea Triennale
in SCIENZE MOTORIE
corso integrato
FISICA e STATISTICA
disciplina : FISICA MEDICA
BIOMECCANICA
APPLICATA
parte II
- CONTRAZIONE MUSCOLARE
- FORZA D'ATTRITO
- DEAMBULAZIONE E CORSA
a
CONTRAZIONE MUSCOLARE
Muscolo= macchina meccanica che trasforma energia potenziale chimica in lavoro meccanico
contrazione isometrica


- tensione contro forza esterna T = F esterna
- lunghezza muscolo invariata
 =0
- non si compie lavoro
L=0
- dispendio energia
calore
contrazione isotonica
- contro una forza esterna


T °=/ F
esterna
- cambiamento lunghezza muscolo  °=/ 0
- si compie lavoro
L °=/ 0
1
CONTRAZIONE MUSCOLARE
= lunghezza muscolo a riposo
To = tensione massima
o
tensione relativa T x 100
To
%
tensione attiva
100
tensione elastica
60
20
0
1
2
o
2
CONTRAZIONE MUSCOLARE
accorciamento 

m=
accorciamento massimo
Fm = carico esterno massimo
m
o
 = 
Fm
m
F – Fm
Fm
carico esterno
F
L=F =F 
m
F – Fm
Fm
3
CONTRAZIONE MUSCOLARE
velocità di accorciamento del muscolo :
relazione di Hill
Fm – F
v=b
F+a
a, b = costanti dipendenti dal tipo di muscolo
v
o
potenza meccanica :
WL = F v
Fm
2
Fm
carico esterno
F
4
CONTRAZIONE MUSCOLARE
Fm – F
WL = F v = F b
F+a
potenza meccanica :
WLmax
Fm
F=
2
Q indipendente da v (contrazione isotonica) :
Fm – F
v
Q
Q b Fm
Q
WQ =
=Q
=
b
=
t
F+a
 m F+a


 = 
m
F – Fm
Fm
5
CONTRAZIONE MUSCOLARE
potenza totale W T
W (unità arbitrarie)
WQ(F)
WT(F) = WQ(F) + WL(F)
WL(F)
0
Fm
2
Fm
F
6
FORZA DI ATTRITO
forza d'attrito = forza che si oppone al moto del corpo
forza d'attrito Fa
Fa  N
attrito statico : F as = s N
attrito cinetico : F ac = c N

N

F

Fa
c <  s


p=mg
moto del corpo F spinta > Fas
7
FORZA DI ATTRITO
attrito delle articolazioni
• guaine sinoviali c  0.005÷ 0.010
• migliori cuscinetti a sfera
c = 0.2
• protesi acciaio-cartilagine
c = 0.03 (al meglio)
• artroprotesi Charnley c = 0.25
8
MECCANICA DELLA LOCOMOZIONE
deambulazione :
• equilibrio alternativamente su un piede e sull'altro
• equilibrio nelle 3 dimensioni
• determinata dalla forza attrito piede-suolo
• spinta dalla flessione del plantare

• q quando si posa il tallone
deambulazione : Fspinta < Fas
9
(per non scivolare !)
MECCANICA DELLA LOCOMOZIONE
y
x
z


Fx
Fa

N
Fx  0.15 N


Fx
Fa

N
Fx  0.20 N
più facile scivolare sul tallone
10
MECCANICA DELLA LOCOMOZIONE
deambulazione e corsa
• oscillazione gamba singola
(centro di rotazione : articolazione dell'anca)
• terminato il passo, una gamba si porta in avanti e
l'altra inizia un moto all'indietro
• moto all'indietro frenato dai muscoli e la sua energia
cinetica viene annullata (si compie lavoro muscolare)
• moto in avanti accelerato dall' energia cinetica di
rotazione (si compie lavoro muscolare)
11
MECCANICA DELLA LOCOMOZIONE
corsa :
• ridurre al minimo il lavoro muscolare
gamba flessa:
minore momento d'inerzia I
minore energia cinetica di rotazione
animali veloci
muscolatura presso l'articolazione
(basso valore di I)
12