Non correr

2007/02/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Anatomia/Fisiologia
• Fisika

Non hai una soa forma de camiñar. Pode ir amodo, pode ir rápido e moi rápido. E tamén se pode correr. Pero correr non é una forma de andar. É outro tipo de movemento; camiñar rápido e correr son actividades moi diferentes. Os atletas corren en marcha atlética e corren en maratón.

Entre ambos os deportes hai una gran diferenza biofísica. E é que os xuíces da marcha utilizan una das características desta actividade paira aceptar a marcha dun participante: camiñar implica ter sempre una perna en contacto co chan, e esa é a principal condición da marcha atlética: o atleta non pode ter as dúas pernas simultaneamente no aire. Iso sería correr e en marcha está prohibido.

Os biofísicos tamén utilizan a característica de ter ou non pernas no aire paira distinguir entre camiñar e correr. O home sempre ten una perna cando camiña polo chan. Tamén os animais de dúas patas. Con todo, cos animais de catro patas a cuestión non era tan clara. O cabalo, por exemplo. Cando corre (en galope) pon as catro patas ao mesmo tempo. Pero foi moi longo tomar conciencia diso. Até o desenvolvemento da fotografía houbo un intenso debate ao redor desta cuestión.

A pesar de dous ou catro patas, a única diferenza entre camiñar e correr non é o relato entre pernas e terra, senón o movemento de todo o corpo. É máis, non se trata dunha cuestión puramente mecánica, senón da influencia de moitos factores.

Uno destes factores é a enerxía. É un factor moi importante, pódese dicir que é un dos máis importantes. Por iso, uno dos primeiros pasos dos biofísicos paira estudar a base da locomoción é o estudo da enerxía.

Péndulo inverso

Desde o punto de vista enerxético, camiñar e correr son totalmente diferentes. Ao camiñar, una perna empuxa o chan mentres o outro avanza. Nun momento dado hai dous pés no chan e o ciclo repítese coa segunda perna. Neste movemento, o centro de masas do corpo compórtase como un péndulo inverso, é dicir, o centro de masas segue a traxectoria dun péndulo que está dado a volta: a persoa está no punto máis alto cunha perna no chan e a outra no medio do paso, mentres que cando ten ambos os pés no chan, o centro de masas atópase no punto máis baixo. No punto máis alto, o corpo presenta un potencial enerxético grazas á gravidade, alcanzando a máxima velocidade no punto máis baixo.

There is a rate of energy flow rate from which the instantaneous potential energy is converted in the current kinetic energy. A enerxía non se conserva ao 100%, entre outras cousas pola flexión dos xeonllos, pero o ser humano conserva aproximadamente o 60% da enerxía grazas ao pendulo inverso.

Cando corres ocorre outra cousa: o centro de masas do corpo vai saltando e en cada paso fáiselle botar. No punto máis alto, ambas as pernas están ao mesmo tempo no aire. Neste momento, o centro de masas presenta alturas e velocidades máximas. Una vez colocado o pé no chan pérdese gran parte da enerxía que había no aire. Toda a perna (e o corpo) debe comportarse como un peirao paira aproveitar a enerxía elástica e fornecer enerxía ao seguinte salto. Por iso, o custo enerxético de correr é moi elevado.

Por que corre o home? Por suposto, paira moverse a alta velocidade. A pesar do gran consumo de enerxía, pode escapar ou atropelar. En moitos casos, camiñar non lle dá esa opción, a actividade é demasiado lenta. A pesar da rapidez, o ser humano debe correr paira alcanzar a máxima velocidade.

Noutras especies ocorre o mesmo, aínda que separan a enerxía doutra maneira. Por exemplo, un lagarto ten a mellor transferencia de enerxía a baixa velocidade, a moita menor velocidade que una ovella. Nel interveñen moitos factores, como o tamaño do corpo, a forma e a presenza ou non de tecidos elásticos. No caso dunha soa especie, o aproveitamento enerxético tamén varía coa idade do gran. E, por tanto, a velocidade do cambio de marcha a carreira tamén cambia.

Correr

A cuestión é cando o animal fai a transición entre ambos; en función de que deixa de camiñar e empeza a correr. Niso ten moito que ver a enerxía, pero non é un factor absolutamente decisivo.

O devandito: desde o punto de vista enerxético, se se move lentamente é mellor andar que correr. É dicir, correr moi amodo gasta máis enerxía que facelo amodo. Pero a partir de certa velocidade ocorre o contrario, correr é a mellor maneira de gastar menos enerxía.

Por iso os biofísicos crían que a enerxía é o principal factor paira pasar de camiñar a correr. Se un animal que camiña empeza a camiñar cada vez máis rápido, nun momento dado deixa de camiñar e comeza a correr. Cando? Loxicamente, no momento en que ten que consumir menos enerxía que paira correr. Por lóxica é así, pero na realidade non é así. Os experimentos deron outro resultado: os animais --os seres humanos- comezan a correr antes de que isto ocorra. Os cabalos, por exemplo, fan este cambio moito antes.

A velocidade absoluta da transición varía dunha especie a outra, pero hai una característica similar en todas as especies. Enténdese facilmente en animais con dúas patas. Ao camiñar, no péndulo inverso, o centro de masas do corpo ten un movemento circular no que intervén una forza centrípeta. A forza centrípeta é a forza desde a cadeira cara á base do chan.

En teoría, os animais de dúas patas deixan de camiñar a unha velocidade equivalente a esa forza centrípeta e á forza gravitatoria sobre o corpo. Pero na práctica non é así, a transición prodúcese a unha velocidade menor. (Nos animais de catro patas ocorre o mesmo, pero cun modelo biofísico máis complexo).

Paira cuantificar a relación entre forzas, os biofísicos utilizan a proporción entre a forza centrípeta e o gravitatorio, é dicir, o cociente entre ambas. O resultado desta operación denomínase número Froude. En definitiva, os animais comezan a correr cando o número de Froude é menor que uno.

Factores adicionais

O número Froude axuda a saber a que velocidade prodúcese a transición, pero non explica por que. Por que deixan de camiñar cando correr é máis 'canso' que el?

Ninguén sabe a resposta, porque a locomoción é una actividade moi complexa, pero saben que a clave está nesa complexidade. Canta máis características teñan en conta mellor comprenden as variacións da enerxía no locomoción. É imposible estudar completamente a locomoción, todas as características e movementos, pero se poden facer aproximacións. Pódense mellorar os mesmos modelos simples.

Por unha banda, camiñar non é un péndulo simple inverso, xa que os xeonllos dóbranse. Ademais, as cadeiras móvense en balanza e rotación ao camiñar.

Doutra banda, correr é aínda máis complicado. No modelo simple, o movemento débese a un peirao. Que peiraos? Pois os nocellos, os xeonllos e as cadeiras. As articulacións. A reacción deste movemento sobre o chan varía moito dun lugar a outro. Non é o mesmo correr sobre area, herba ou cemento. (A marcha tamén varía segundo o chan, pero a variación é menor). O ser humano cambia o comportamento das articulacións en función do chan. O home cambia principalmente o tempo de contacto da perna co chan e a distancia na que o centro de masas móvese verticalmente.

Vista de cerca

O balance enerxético pódese mellorar aínda máis tendo en conta non só os movementos xerais, senón tamén as achegas dos compoñentes. En definitiva, o movemento do corpo é a coordinación de moitos pequenos compoñentes que inflúen na transmisión e o consumo de enerxía.

Pero non todos na mesma medida. Os ósos manteñen a estrutura do corpo, pero non producen movemento. Os músculos si, fan forza e transmiten esa forza ás articulacións. Desde o punto de vista da física, os músculos afectan un momento ás articulacións. Isto significa que lles transmiten una determinada cantidade de forza nunha determinada dirección. Por iso, quen analizan a locomoción estudan a dinámica articular.

A dinámica débese analizar en tres articulacións: o nocello, o xeonllo e a cadeira. Na locomoción, o tres participan ao mesmo tempo, pero tamén en diferentes tamaños.

Ao camiñar, o nocello é o que máis traballa. Por exemplo, cando no chan hai una soa perna, todos os músculos do nocello traballan. Camiñar non consome moita enerxía, pero a maior parte do que consome utilízase no nocello.

Correr require moita máis enerxía nas tres articulacións. O xeonllo e o nocello son os que máis traballo mecánico realizan. (De ambas, o xeonllo é a que máis movemento realiza e maior gasto enerxético, pero moi pouco, porque o nocello tamén traballa moito). Na dinámica de correr, o xeonllo é a que máis enerxía recibe do salto e o nocello transmite a maior parte da enerxía que necesita o próximo salto.

É difícil medir a contribución de cada articulación, pero é posible. Con todo, é practicamente imposible medir os parámetros físicos de cada un dos compoñentes das articulacións. Son curvas moi complexas.

Nas articulacións únense ósos e músculos mediante tendóns e ligamentos. Os tendóns realizan unións musculares e os ligamentos están na intersección ósea. Segundo os expertos, a participación dos músculos e tendóns na transmisión do momento é moito maior que a dos ligamentos, polo que mesmo descartando os ligamentos do estudo, pódense obter bos resultados.

Os investigadores da locomoción deben simplificar obrigatoriamente a análise. Nunca conseguirán o modelo perfecto de camiñar, correr, subir escaleiras, baixar, etc. Pero se achegan moito.

Os modelos simples son un punto de partida moi bo e cada un dos factores que engaden aos modelos mellora a súa descrición. Saben que o cambio de andar a correr é una cuestión de enerxía, aínda que aínda non poden medila con exactitude. Talvez sexa imposible. A razón do cambio está oculta nos compoñentes do corpo. Con todo, saben onde está o límite entre o que se entende e o que non se entende, e que en cada paso está a achegarse á resposta.