ELASTICIDAD

Departamento de Fisioterapia

BIOMECÁNICA Y FÍSICA APLICADA Teoría Grupo C ANNA ARNAL GÓMEZ CURSO ACADÉMICO 2011/2012 Biomecánica y Física aplicada 2011/2012 [Anna Arnal Gómez]

FÍSICA APLICADA

Biomecánica y Física aplicada 2011/2012 [Anna Arnal Gómez]

PROGRAMA FÍSICA Tema 1. Introducción a la Mecánica y a la Biomecánica Tema 2. Fuerza y Momento de Fuerza Tema 3. El Equilibrio Tema 4. Problemas de Equilibrio: Métodos Gráficos.

Tema 5. Problemas de Equilibrio: Métodos Numéricos Tema 6. Trabajo y Energía. Las Máquinas simples en Fisioterapia.

Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Tema 8. Movimiento y cambio en el Movimiento: Introducción a la Dinámica.

Tema 9. La Tendencia a Fluir: Introducción a la Mecánica de Fluidos.

Tema 10. Electroestática.

Tema 11. Circuitos Eléctricos.

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PROGRAMA Tema 12. Conducción en Líquidos: Bases Físicas de la Corriente Galvánica.

Tema 13. Campo Electromagnético. Inducción. Magnetismo.

Tema 14. Corriente Alterna I. Tema 15. Corriente Alterna II. Tema 16. Bases Físicas de la Electroterapia de Frecuencia Variable.

Tema 17. Ondas I. Tema 18. Ondas II. Tema 19. Bases Físicas de la Fototerapia.

Tema 20. El Láser.

Tema 21. Bases Físicas de la Termoterapia I. Tema 22. Bases Físicas de la Termoterapia II.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Objetivos

 Ley de Hooke y módulo de Young.  Conocer los ensayos de materiales elásticos.

 Conocer los ensayos de los materiales viscoelásticos.  Los muelles en fisioterapia

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Tema 1. Introducción a la Mecánica y a la Biomecánica Contenidos La MECÁNICA es un rama de la Física que trata de las fuerzas y de sus efectos, específicamente el movimiento y la deformación de la materia en sus estados sólido, líquido y gaseoso.

 Mecánica de los sólidos rígidos o Estática o Cinemática o Dinámica  Mecánica de los sólidos deformables  Mecánica de los fluidos

Experiencias cotidianas: fuerza, movimiento y deformación.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Sólidos

Definición de Sólido, objeto rígido que tiende a mantener su forma cuando se le aplican fuerzas externas. Está formado por partículas estables y muy juntas que ejercen entre sí fuerzas atractivas.

En los líquidos y gases las moléculas están más separadas, en este tema estudiaremos el comportamiento de los Sólidos.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Sólidos

Son sólidos rígidos aquellos cuyas distancias entre sus partículas constituyentes permanece constante en el tiempo.

Son sólidos deformables aquellos que se deforman fácilmente al aplicarles una fuerza, mientras que, por el contrario, los cuerpo rígidos (o indeformables) se deforman con dificultad.

Los sólidos deformables, de acuerdo con el tipo de deformación, se clasifican en:  

Cuerpos elásticos Cuerpos plásticos

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Elasticidad

En los sólidos deformables el volumen y forma se ven modificados al aplicar una fuerza.

Así, un primer tipo de sólidos son los elásticos, los cuales al aplicarle una fuerza son deformados y vuelven a su estado inicial cuando cesa la fuerza.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Elasticidad Los sólidos plásticos, continúan deformados una vez que deja de actuar la fuerza.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Elasticidad. Ley de Hooke Las propiedades mecánicas de los materiales elásticos se pueden describir mediante la ley de Hooke.

Robert Hooke (1635-1703): “ En todo cuerpo elástico, siempre que no se rebase el límite de elasticidad, la deformación producida, es directamente proporcional a la fuerza deformadora que la origina” Dice lo siguiente, que el alargamiento relativo conseguido, es proporcional a la fuerza aplicada por unidad de superficie,

Donde

F=fuerza S=superficie ∆L/L=alargamiento relativo E=módulo de elasticidad módulo de Young en N/m2

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Elasticidad. Ley de Hooke La fórmula lo que hace es establecer una relación entre la causa deformadora y la deformación,

El módulo de Young E y su inversa 1/E expresan la rigidez y distensibilidad de un sólido.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Elasticidad. Ley de Hooke Definición de Tensión o Esfuerzo: Coeficiente entre el incremento de la fuerza y el área de la sección transversal del objeto.

Definición de Deformación: Coeficiente entre la vairación de la longitud experimentada por la barra y la longitud de la misma.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Elasticidad. Ley de Hooke

Modulo de Young E = Tensión(Causa deformadora ) / deformación Unidades = N/m2 σ/ ε = E σ=esfuerzo o tensión =F/S ε=deformación = L/L El módulo de Young E y su inversa 1/E expresan la rigidez y distensibilidad de un sólido.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Ensayos elásticos

Dado que las fuerzas aplicadas pueden ser de muchos tipos, se establecen unos u otros tipos de ensayos, Tracción o contracción, cuando actúan sobre una sección fuerzas iguales y opuestas alineadas perpendiculares a la superficie externa y que tienden a alargarla o contraerla.

Cizalla o cortante, se produce cuando las fuerzas aplicadas son paralelas a la superficie

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Ensayos elásticos

Flexión, se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal.

El efecto es traccionar una parte y comprimir la opuesta. La parte media no sufre deformación, ni se alarga ni se estira y se denomina fibra neutra.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Ensayos elásticos

Torsión, cuando actúa el momento de una fuerza con respecto a su eje longitudinal. El esfuerzo es máximo en el extremo y mínimo en el eje que también actúa como fibra neutra.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Ensayos elásticos

Ejemplo 1, una fuerza de contracción de 750N se aplica a una muestra cilíndrica de hueso que tiene una sección de 1cm2. La longitud de la muestra disminuye en un 0,05%. Al cesar la carga, la muestra vuelve a su posición original de longitud 30cm, determinar, El esfuerzo de contracción.

La deformación sufrida.

El módulo de elasticidad de la muestra.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Elasticidad. Ley de Hooke

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Viscosidad, plasticidad y viscoelasticidad

La plasticidad se produce cuando tras la aplicación de fuerzas el material no recupera su forma inicial, sino que se deforma de manera irreversible.

El comportamiento viscoso: continuará deformándose bajo carga.

Es el típico de los líquidos, en los cuales al aplicar una fuerza externa, se deforman y fluyen. La deformación continua mientras siga la fuerza y cuando cesa, el líquido no vuelve a su forma inicial.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Viscosidad, plasticidad y viscoelasticidad

Comportamiento viscoelástico de los materiales, son los que tienen propiedades entre los elásticos y los viscosos. Se caracterizan porque no hay proporcionalidad entre la fuerza y la deformación conseguida.

Se caracterizan porque no hay proporcionalidad entre fuerza aplicada y deformación conseguida, y porque ésta depende también del tiempo y de la velocidad a la que se hace el ensayo.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Materiales viscoelásticos

En los materiales viscoelásticos, para una misma fuerza, la deformación continua conforme avanza el tiempo, por tanto se hace difícil definir el módulo de elasticidad, ya que la deformación en un tiempo t1 será menor que un tiempo t2, por tanto será necesario definir el módulo E en función del tiempo,

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Materiales viscoelásticos: el cuerpo humano

Hueso Cartílago Ligamentos CREEP O FLUENCIA, se aplica un esfuerzo y se registra la deformación en el tiempo.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Materiales viscoelásticos: ensayos

CREEP O FLUENCIA, se aplica un esfuerzo y se registra la deformación en el tiempo.

Relajación de tensiones o STRESS RELAXATION, este método se basa en aplicar una deformación i medir el esfuerzo necesario a lo largo del tiempo para mantener esa deformación.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

En los materiales elásticos… a) Aparece el fenómeno de fluencia cuando superamos el límite elástico. b) Una vez superamos el límite de elasticidad, aparece una deformación residual al eliminar la carga. c) Cuanto mayor es la sección del material, mayor es el modulo de Young. d) La deformación no aparece de manera instantánea.

Sabemos que hay distintos tipos de materiales atendiendo a sus propiedades, ya sean elásticas, viscosas o viscoelásticas, de forma que podemos afirmar… a) En los materiales viscoelásticos la deformación es proporcional al esfuerzo aplicado. b) En materiales viscoelásticos sometidos a un esfuerzo de tracción se alargan instantáneamente. c) En materiales viscoelásticos, el ensayo creep o fluencia se aplica un esfuerzo y se registran las deformaciones frente al tiempo. d) No todos los sólidos sufren deformaciones.

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Los muelles en Fisioterapia

Los muelles se utilizan en fisioterapia para: -Controlar el movimiento -Aplicar fuerzas -Proporcionar resistencia durante los ejercicios -Para almacenar fuerzas -Para reducir las fuerzas de impacto y vibraci贸n

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Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Los muelles en Fisioterapia

 Los muelles cumplen la ley de Hooke.  A mayor fuerza aplicada, mayor deformación.  Si se colocan en serie con una misma fuerza aplicada la extensión es el doble.

 Sin embargo, si están en paralelo, la fuerza que aplicábamos para estirarlo una determinada longitud con uno solo, ha de ser el doble en este caso para un mismo alargamiento.

 Los utilizados para ejercicios miden unos normalmente unos 30cm y se alargan hasta dos veces su longitud.

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The end!

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