Fuerza de Impacto

Muchas veces utilizamos el término impacto como aquello que representa y describe la existencia de un cuerpo que golpea sobre otro cuerpo provocando deformaciones y / o alterando la forma inicial de los mismos al entrar en contacto

La capacidad de deformar, ya sea por estiramiento o compresión, denota la presencia de una Fuerza. Por lo tanto si existe una fuerza presente, existe en definitiva una masa que se acelera o desacelera.

Debido a la fuerza gravitatoria, los cuerpos que son dejados caer desde una altura o aquellos que tienen que elevarse, están sujetos a la atracción que la masa terrestre ejerce sobre ellos por medio de la constante gravitacional que conocemos como fuerza de gravedad. Esta fuerza representa la aceleración que sufre una masa constante ( por ejemplo la masa que compone nuestro cuerpo ) y cuyo valor se aproxima a 9,81 m/s2.

Por lo tanto, ya sea por la presencia de la fuerza de gravedad, o por la presencia de una fuerza capaz de acelerar una masa, ambas pueden sufrir cambios, a punto tal que la aceleración puede tomar valores descendentes y ser acompañada por una velocidad también decreciente que implica que la masa tiende a detenerse ( en tal caso hablamos de Desaceleración y Detención )

Dicho de otro modo, el impacto debe entenderse como una alteración del proceso de movimiento de un cuerpo, tendiendo a su detención absoluta, y en donde entran en juego pares de fuerzas que se equilibran, enmarcándose en la 3ª ley de Newton ( Ley de Acción y Reacción )

“ A toda fuerza de acción, le corresponde otra fuerza de reacción de igual magnitud y dirección, pero en sentido contrario”

A continuación analizaremos lo que sucede cuando un atleta de 80 kg de masa corporal decide “dejarse caer” ( que no es lo mismo que saltar desde una altura ) desde 2 mts de altura.

Veremos como se descompone el movimiento y como se realizan los cálculos necesarios para determinar con que “fuerza”impacta en el suelo

Como se puede observar en la gráfica anterior, nuestro atleta tiene una fase de vuelo, que se corresponde cuando sus pies pierden completo contacto con la plataforma desde donde se arrojo, hasta que los pies tocan por primera vez el suelo

Este cuerpo que “vuela” lleva una velocidad que está relacionada con la atracción gravitatoria

A esta velocidad la vamos a llamar Velocidad de Descenso.

Cuando los pies tocan la tierra, la masa ( representada por su centro de gravedad ) continua un breve recorrido, hasta que se produce la detención total del cuerpo en cuestión. Esta distancia que se recorre en una determinada cantidad de tiempo se traduce en una velocidad, a la cual denominaremos Velocidad de Detención

Si queremos calcular una fuerza, necesitamos saber el valor de la masa y la aceleración que sufre. Como la aceleración es un cambio de velocidad por unidad de tiempo, necesitamos conocer lo siguente :

·Velocidad con la que llega a tierra ( Velocidad de impacto )

·Velocidad con la que el centro de gravedad tiende a detenerse (Velocidad de detención )

·Tiempo que demanda la detención total del cuerpo desde el momento en que los pies entran en contacto con el suelo hasta que la masa detiene su movimiento completamente.

Si conocemos la velocidad de detención y el tiempo que se toma para que el cuerpo de detenga, estamos en condiciones de calcular la aceleración, o en este caso, para ser mas preciso, la desaceleración que compromete a la masa en cuestión durante su fase de frenado

Recordemos que estamos hablando de aceleración / desaceleración Media, que se calcula tomando la diferencia entre dos aceleraciones dadas y dividiéndolas por el tiempo que se toma como unidad de medida temporal que también es otra diferencia entre dos tiempos

Acel Media = ( acel 2 – acel 1 ) / ( tiempo 2 – tiempo 1 )

= ∆ Acel / ∆ tiempo

El problema radica en que no sabemos la velocidad con la que impacta el cuerpo, puesto que conociendo este dato, a partir de ello, y asumiendo que el movimiento es un Movimiento Rectilíneo Uniforme ( MRU ) podemos decir que la velocidad de detención es una media o promedio entre la velocidad de impacto y la velocidad final de detención que toma el valor = 0

Velocidad media de detención = ( Velocidad de impacto + Velocidad final ) / 2

Si conocemos la velocidad media de detención, podemos despejar el tiempo que tomo detener la masa puesto que conocemos la velocidad y la distancia que se recorrió hasta detenerse

Tiempo = distancia / velocidad

Y conociendo el tiempo y correlacionándolo con la velocidad de detención podemos calcular su desaceleración puesto que

Desaceleración = Velocidad media de Detención / tiempo

Conociendo entonces la desaceleración, y sabiendo que la masa es una constante, aplicando

la fórmula de fuerza = masa * aceleración negativa, obtenemos un valor en Newtons de la fuerza de impacto.

Ahora bien, para conocer la velocidad de impacto se suele utilizar la siguiente formula

Velocidad final2 ( en este caso de impacto ) = Velocidad incial 2 + 2*G*E

Velocidad final = Ѵ 2*g*E ( recordemos que despejamos el cuadrado aplicando raíz cuadra en el otro miembro )

donde

G = 9,81 m/s2 E = espacio en mts

Por lo tanto, en nuestro caso, podemos calcular la velocidad final de impacto y partir de ello, llevar a cabo los demás cálculos necesarios para determinar la fuerza al llegar a tierra

En resumen, los procesos descritos son los siguientes:

Dr. Marcelo Gomez.

Medico Especialista en Medicina del Deporte

Medico Especialista en Biomecánica y Fisiología Deportiva

Médico Especialista en Endocrino-Farmacología y Suplementación deportiva

Médico Especialista en Traumatología y Ortopedia