Biomeccanica del corpo umano

La biomeccanica

di Giovanni Lestini



(4) La statica



«...questo grandissimo libro che continuamente ci sta
aperto innanzi agli occhi (io dico l’universo),
non si può intendere se prima non s’impara
a intender la lingua, e conoscer i caratteri ne’
quali è scritto. Egli è scritto in lingua
matematica, e i caratteri sono triangoli, cerchi
ed altre figure geometriche, senza i quali mezzi
è impossibile a intenderne umanamente la parola;
senza questi è un aggirarsi vanamente per
un oscuro laberinto».
(Galileo GALILEI, Il Saggiatore, VI, 232)

bilancia La statica è quella parte della fisica meccanica che si occupa dell’equilibrio statico dei corpi rigidi, dei sistemi dei corpi rigidi e delle cause, ovvero delle forze che intervengono per mantenere tale equilibrio.
Infatti, la seconda legge della dinamica, relativa ai moti di traslazione e rotazione, stabilisce che, quando un corpo è sottoposto ad una forza, questo subisce un’accelerazione tale che la massa del corpo moltiplicata per l’accelerazione è uguale alla forza agente. Per cui si avrà che la forza F è uguale al prodotto della massa m per l’accelerazione a:

F = ma

ginnasta Nel caso della biomeccanica applicata al corpo umano possiamo parlare di forze esterne, come, ad esempio, la forza di gravità, e di forze interne, ovvero quelle prodotte dalla forza muscolare. In buona sostanza, pur nella complessità di tali concetti, per i quali si rimanda nello specifico ai testi di fisica, si deve considerare che lo studio della statica del corpo umano mette in relazione da un lato una resistenza, assenza di equilibrio dall’altro la forza muscolare, che l’individuo esercita per affrontare la resistenza stessa. Se la forza muscolare e la resistenza si equivalgono, si dice che il sistema è in equilibrio; se una è maggiore rispetto all’altra, l’equilibrio scompare, verificandosi la produzione di moto.



forza gravitazionale Volendo definire l’analisi relativa alla statica di alcuni segmenti del corpo umano, oltre che arduo, può essere di non facile esplicazione, poiché le nostre articolazioni hanno un comportamento molto più sofisticato dei giunti meccanici; inoltre, l’anatomia muscolare, con i relativi siti, in cui i muscoli si cementano alle ossa mediante i tendini, non consente una facile determinazione delle forze muscolari e dei relativi baricentri.
L’elemento che gioca un ruolo fondamentale è dato dalla forza peso, che è prodotta dalla forza gravitazionale, ovvero da quella forza che attira due corpi e che è proporzionale al prodotto delle masse di corpi stessi ed inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra i rispettivi centri di massa, per cui Isaac Newton ha formulato la seguente legge di gravitazione universale:

F = (G * (m1m2)) / r2

dove:
F è la forza gravitazionale;
G è la costante di gravitazione universale = 6,67 * 10-11Nm2/Kg2;
m1 ed m2 sono le masse 1 e 2 che si attraggono reciprocamente;
r è la distanza relativa tra m1 ed m2.

In altre parole, una persona che è nella stazione eretta sulla superficie terrestre è soggetta alla forza di gravità, ovvero ad una forza di attrazione sempre verticale, la cui direzione è quella tracciata tra la persona ed il centro della terra, con un verso in direzione del centro della terra, che trova nel baricentro il suo punto di applicazione nel corpo umano.
Consideriamo, ora, alcuni casi statici del corpo umano semplificati, come le articolazioni paragonate ad alcuni modelli meccanici, trascurandone l’attrito, i muscoli con le loro inserzioni sui segmenti ossei, la direzione delle forze muscolari e le posizioni dei baricentri.

(segue...)

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