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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E1 - Mecánica del Centro de Masa
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3301
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Centro de masa y fuerzas externas
El centro de masa resume el comportamiento traslacional del cuerpo completo.
Grupo 2: Grupo 2: Marcha caminada: péndulo invertido
En marcha caminada, el centro de masa se aproxima como la masa de un péndulo invertido.
Grupo 3: Grupo 3: Marcha corrida: masa-resorte
En marcha corrida, el centro de masa se aproxima como una masa sostenida por un resorte muscular.
Grupo 4: Grupo 4: Intercambio y recuperación de energía
La energía mecánica del centro de masa es la suma de su energía cinética y potencial y fluctúa durante el ciclo locomotor.
Grupo 5: Grupo 5: Estabilidad estática
La posición del centro de masa tiene un papel independiente del balance energético: se compara con la base de sustentación, definida por los puntos de apoyo contra el suelo.
Grupo 6: Grupo 6: Fase aérea y vuelo libre
Durante carrera y salto puede existir una fase aérea sin contacto con el suelo.
Grupo 7: Grupo 7: Reconstrucción experimental
El comportamiento del centro de masa se reconstruye experimentalmente a partir de la fuerza de reacción del suelo medida durante el apoyo.
ID:1124
Grupo 1: Grupo 1: Centro de masa y fuerzas externas
Descripción
El centro de masa resume el comportamiento traslacional del cuerpo completo.
Pregunta clave: ¿Qué determina el movimiento traslacional global?
El centro de masa resume el comportamiento traslacional del cuerpo completo. Su trayectoria, su velocidad y su aceleración quedan determinadas exclusivamente por las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo: la fuerza de reacción del suelo, la gravedad, y la resistencia aerodinámica o hidrodinámica del medio en que se mueve. Durante la marcha corrida, y también durante el salto, existe una fase aérea en la que ningún punto del cuerpo toca el suelo: en esa fase de vuelo libre, el centro de masa deja de estar sometido a la fuerza de reacción del suelo y sigue, sometido solo a la gravedad, una trayectoria parabólica hasta el siguiente apoyo. En los mamíferos terrestres, la locomoción se puede describir en una primera aproximación como el movimiento de ese centro de masa sometido únicamente a la gravedad y a la fuerza de reacción del suelo. Determinar experimentalmente esta trayectoria y esta energía mecánica del centro de masa, a lo largo de todo el ciclo locomotor y en mamíferos de cualquier tamaño, se logra integrando dos veces en el tiempo la fuerza de reacción del suelo medida directamente durante el apoyo: una primera integración da la velocidad del centro de masa en cada instante, y una segunda integración, a partir de esa velocidad, da su posición.
ID:3034
Grupo 2: Grupo 2: Marcha caminada: péndulo invertido
Descripción
En marcha caminada, el centro de masa se aproxima como la masa de un péndulo invertido.
Pregunta clave: ¿Cómo se aproxima la dinámica del centro de masa al caminar?
En marcha caminada, el centro de masa se aproxima como la masa de un péndulo invertido. En la marcha caminada, el centro de masa se comporta como la masa de un péndulo invertido que oscila sobre el punto de apoyo en el suelo. La energía mecánica del centro de masa, que es la suma de su energía cinética y su energía potencial en cada instante, fluctúa a lo largo de todo el ciclo locomotor siguiendo el mismo intercambio que describen esos dos modelos: en la marcha caminada, la energía cinética y la energía potencial del centro de masa se intercambian entre sí como en un péndulo, mientras que en la marcha corrida ambas suben y bajan juntas, siendo el resorte muscular el que absorbe y devuelve la energía entre un apoyo y el siguiente. Durante la marcha corrida, y también durante el salto, existe una fase aérea en la que ningún punto del cuerpo toca el suelo: en esa fase de vuelo libre, el centro de masa deja de estar sometido a la fuerza de reacción del suelo y sigue, sometido solo a la gravedad, una trayectoria parabólica hasta el siguiente apoyo. Ese movimiento del centro de masa sometido a la gravedad y a la fuerza de reacción del suelo se aproxima, según el tipo de marcha, con dos modelos fundamentales.
ID:3035
Grupo 3: Grupo 3: Marcha corrida: masa-resorte
Descripción
En marcha corrida, el centro de masa se aproxima como una masa sostenida por un resorte muscular.
Pregunta clave: ¿Cómo se aproxima la dinámica del centro de masa al correr?
En marcha corrida, el centro de masa se aproxima como una masa sostenida por un resorte muscular. La energía mecánica del centro de masa, que es la suma de su energía cinética y su energía potencial en cada instante, fluctúa a lo largo de todo el ciclo locomotor siguiendo el mismo intercambio que describen esos dos modelos: en la marcha caminada, la energía cinética y la energía potencial del centro de masa se intercambian entre sí como en un péndulo, mientras que en la marcha corrida ambas suben y bajan juntas, siendo el resorte muscular el que absorbe y devuelve la energía entre un apoyo y el siguiente. En la marcha corrida, en cambio, el centro de masa se comporta como una masa sostenida por un resorte que se comprime al apoyarse y se extiende al despegar, almacenando y devolviendo energía en cada zancada. Durante la marcha corrida, y también durante el salto, existe una fase aérea en la que ningún punto del cuerpo toca el suelo: en esa fase de vuelo libre, el centro de masa deja de estar sometido a la fuerza de reacción del suelo y sigue, sometido solo a la gravedad, una trayectoria parabólica hasta el siguiente apoyo. Determinar experimentalmente esta trayectoria y esta energía mecánica del centro de masa, a lo largo de todo el ciclo locomotor y en mamíferos de cualquier tamaño, se logra integrando dos veces en el tiempo la fuerza de reacción del suelo medida directamente durante el apoyo: una primera integración da la velocidad del centro de masa en cada instante, y una segunda integración, a partir de esa velocidad, da su posición.
ID:3036
Grupo 4: Grupo 4: Intercambio y recuperación de energía
Descripción
La energía mecánica del centro de masa es la suma de su energía cinética y potencial y fluctúa durante el ciclo locomotor.
Pregunta clave: ¿Cómo cambia la energía mecánica y cómo determina la eficiencia?
La energía mecánica del centro de masa es la suma de su energía cinética y potencial y fluctúa durante el ciclo locomotor. La energía mecánica del centro de masa, que es la suma de su energía cinética y su energía potencial en cada instante, fluctúa a lo largo de todo el ciclo locomotor siguiendo el mismo intercambio que describen esos dos modelos: en la marcha caminada, la energía cinética y la energía potencial del centro de masa se intercambian entre sí como en un péndulo, mientras que en la marcha corrida ambas suben y bajan juntas, siendo el resorte muscular el que absorbe y devuelve la energía entre un apoyo y el siguiente. Determinar experimentalmente esta trayectoria y esta energía mecánica del centro de masa, a lo largo de todo el ciclo locomotor y en mamíferos de cualquier tamaño, se logra integrando dos veces en el tiempo la fuerza de reacción del suelo medida directamente durante el apoyo: una primera integración da la velocidad del centro de masa en cada instante, y una segunda integración, a partir de esa velocidad, da su posición. Qué tan bien recupera el cuerpo, de un paso a otro, la energía mecánica que el centro de masa pierde y gana en cada ciclo es lo que determina la eficiencia de la locomoción. En la marcha corrida, en cambio, el centro de masa se comporta como una masa sostenida por un resorte que se comprime al apoyarse y se extiende al despegar, almacenando y devolviendo energía en cada zancada.
ID:3037
Grupo 5: Grupo 5: Estabilidad estática
Descripción
La posición del centro de masa tiene un papel independiente del balance energético: se compara con la base de sustentación, definida por los puntos de apoyo contra el suelo.
Pregunta clave: ¿Cómo define la posición del centro de masa la estabilidad estática?
La posición del centro de masa tiene un papel independiente del balance energético: se compara con la base de sustentación, definida por los puntos de apoyo contra el suelo. Además de determinar la eficiencia energética, la posición del centro de masa cumple otro papel distinto: comparada con la base de sustentación, la región delimitada por los puntos de apoyo del cuerpo contra el suelo, esa posición es el criterio que define la estabilidad estática del animal en un instante dado. Determinar experimentalmente esta trayectoria y esta energía mecánica del centro de masa, a lo largo de todo el ciclo locomotor y en mamíferos de cualquier tamaño, se logra integrando dos veces en el tiempo la fuerza de reacción del suelo medida directamente durante el apoyo: una primera integración da la velocidad del centro de masa en cada instante, y una segunda integración, a partir de esa velocidad, da su posición.
ID:3038
Grupo 6: Grupo 6: Fase aérea y vuelo libre
Descripción
Durante carrera y salto puede existir una fase aérea sin contacto con el suelo.
Pregunta clave: ¿Qué trayectoria sigue el centro de masa cuando desaparece el apoyo?
Durante carrera y salto puede existir una fase aérea sin contacto con el suelo. Durante la marcha corrida, y también durante el salto, existe una fase aérea en la que ningún punto del cuerpo toca el suelo: en esa fase de vuelo libre, el centro de masa deja de estar sometido a la fuerza de reacción del suelo y sigue, sometido solo a la gravedad, una trayectoria parabólica hasta el siguiente apoyo. Determinar experimentalmente esta trayectoria y esta energía mecánica del centro de masa, a lo largo de todo el ciclo locomotor y en mamíferos de cualquier tamaño, se logra integrando dos veces en el tiempo la fuerza de reacción del suelo medida directamente durante el apoyo: una primera integración da la velocidad del centro de masa en cada instante, y una segunda integración, a partir de esa velocidad, da su posición. En los mamíferos terrestres, la locomoción se puede describir en una primera aproximación como el movimiento de ese centro de masa sometido únicamente a la gravedad y a la fuerza de reacción del suelo. Ese movimiento del centro de masa sometido a la gravedad y a la fuerza de reacción del suelo se aproxima, según el tipo de marcha, con dos modelos fundamentales.
ID:3039
Grupo 7: Grupo 7: Reconstrucción experimental
Descripción
El comportamiento del centro de masa se reconstruye experimentalmente a partir de la fuerza de reacción del suelo medida durante el apoyo.
Pregunta clave: ¿Cómo se reconstruyen velocidad, posición y energía desde la fuerza medida?
El comportamiento del centro de masa se reconstruye experimentalmente a partir de la fuerza de reacción del suelo medida durante el apoyo. Determinar experimentalmente esta trayectoria y esta energía mecánica del centro de masa, a lo largo de todo el ciclo locomotor y en mamíferos de cualquier tamaño, se logra integrando dos veces en el tiempo la fuerza de reacción del suelo medida directamente durante el apoyo: una primera integración da la velocidad del centro de masa en cada instante, y una segunda integración, a partir de esa velocidad, da su posición. Este procedimiento es el método experimental estándar para reconstruir, a partir de una sola medición de fuerza, el comportamiento completo del centro de masa con el que se abrió esta descripción. Durante la marcha corrida, y también durante el salto, existe una fase aérea en la que ningún punto del cuerpo toca el suelo: en esa fase de vuelo libre, el centro de masa deja de estar sometido a la fuerza de reacción del suelo y sigue, sometido solo a la gravedad, una trayectoria parabólica hasta el siguiente apoyo. La energía mecánica del centro de masa, que es la suma de su energía cinética y su energía potencial en cada instante, fluctúa a lo largo de todo el ciclo locomotor siguiendo el mismo intercambio que describen esos dos modelos: en la marcha caminada, la energía cinética y la energía potencial del centro de masa se intercambian entre sí como en un péndulo, mientras que en la marcha corrida ambas suben y bajan juntas, siendo el resorte muscular el que absorbe y devuelve la energía entre un apoyo y el siguiente.
ID:3040