Bioelasticidad

  

¿Qué es ?

Propiedad de cambiar de forma cuando actúa una fuerza de deformación sobre un objeto, y el objeto regresa a su forma original cuando cesa la deformación.

En el caso de materiales o tejidos biológicos: Los músculos del cuerpo que nos permiten andar, correr, utilizar herramientas, etc, que pueden hacer su función debido a su elasticidad y capacidad para la deformación.

• Cuando se tira algo o se estira algo se dice que esta en tensión ( largas y delgadas).
• Cuando se aprieta o se comprime algo se dice que esta en comprension ( cortas y gruesas).

Limite elástico :   Si se estira o se comprime mas allá de cierta cantidad, ya no regresa a su estado original, y permanece deformado.

Esfuerzo:  Es una magnitud tensorial, es aquella fuerza externa que actúa sobre un cuerpo por unidad de aérea de sección transversal, es decir se aplica al material por fuerzas externas. Se miden en newton por metro al cuadrado ( N/m2) o pascal (Pa).

Deformación:

Es la razón entre el cambio en longitud y la longitud original, es decir, es la respuesta del material al esfuerzo, es el cambio de tamaño y la forma de un cuerpo debido a la aplicación de una o mas fuerzas sobre el mismo.

Tipos de deformaciones: 

• Deformación (visco) plástica o irreversible: Deformación en donde el material no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada.
• Deformación elástica o irreversible: Deformación en la que el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca dicha deformación. 

Módulos: 

• Modulo de young: 

• Modulo de cizalladura:

Cuando producimos un desplazamiento de planos en la dirección de la fuerza aplicada, experimentalmente se observa que la deformación es proporcional al esfuerzo.

Matemáticamente:                   

:                                                 

Donde, G es el modulo elástico, llamado modulo de cizalladura.

Tener en cuenta que la fuerza aplicada es paralela al área en cuestión.

La fuerza se aplica perpendicular a la superficie del hueso, el máximo estrés se produce en un plano paralelo a la línea de carga, la estructura se deformara internamente de forma irregular.

El hueso cortical soporta mejor la compresión de la tracción y la tracción mejor que el cizallamiento. Ejemplo: Fractura intercondílea de fémur.

• Modulo de Torsión:

Es un fenómeno tipo de cizalladura. Se produce una deformación cuando se aplica un par de fuerzas (F), en la parte superior de la barra y la sección inferior de la barra esta fija.

• Modulo volumétrico:

Si un cuerpo se somete a iguales esfuerzos de tracción o compresión por todos los lados, entonces el cuerpo sufrirá deformación volumétrica.

  Donde B es el módulo volumétrico 

                              

Energía potencial elástica:

• Es energía potencial almacenada como consecuencia de la deformación de un objeto elástico.
• La relación entre la magnitud de la fuerza (F) y el cambio en la longitud del medio elástico (x) puede expresarse como:
• F = K x
• Para evaluar la energía potencial elástica (Ep) del sistema es necesario tomar el siguiente producto:

Flexión: 

Las fuerzas aplicadas sobre el hueso hacen que éste se doble sobre su eje mayor y aparecen fuerzas de compresión en el lado de la aplicación de la fuerza y de tracción en el lado opuesto.

Ejemplo: Fractura del antebrazo al caer y poner la mano en el suelo 

Tensión: 

• Contracción parcial, pasiva y continua de los músculos. 
• Ayuda a mantener la postura.

Compresión: 

Torsión: 

Bioelasticidad de huesos:

Esta formada por un tejido biológico heterogéneo compuesta por : Hidroxiapatita( Respuesta elástica lineal) y colágeno( es una fibra proteica de alta elasticidad).

El hueso humano tiene las siguientes características físicas:

• El modulo de Young es de 16 GN/m2 y una resistencia de 200 MN/m2 en tracción.
• El modulo de Young es de 9GN/m2 y una resistencia de 270 MN/m2 en compresión.

Bioelasticidad de vasos sanguíneos: 

Su diámetro no es fijo por presión dentro del vaso y tensión de la pared estas dos le dan la elasticidad arterial la cual mantiene una presión sistólica entre 100- 120 mmHg y diastólica entre 60- 80 mmHg en rangos normales.

Membranas Elásticas: 

Las membranas elásticas son membranas de material biológico que rodean ciertos órganos y pueden sufrir deformaciones elásticas debidas a esfuerzos como, por ejemplo el diafragma, o el tímpano. La membrana elástica es un cuerpo elástico de pequeño espesor y escasa rigidez flexional que solo puede resistir tensiones de tracción. 

 

Referencias bibliográficas: 

• Ibarra A. Diccionario de fisica. 4ed. Madrid: Complutense; 2007
• Fiestas. Biofísica: Bioelasticidad [Internet]. Es.slideshare.net. 2018[cited 16September 2018]. Available from: https://es.slideshare.net/jorgeenriques1/biolestacidad
• Izquierdo M. Biomecanica y bases neuromusculares de la actividad física y del deporte. 3ed. Madrid: ISBN Panamericana; 2008

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