En los casos en que sólo se determina la posición de la resistencia externa o del centro de masa del sistema dinámico, la fuerza aplicada debe ser calculada a partir de los datos cinemáticos, recopilados a través del movimiento de la unidad dinámica y la masa de la misma (Harman, 1995). Para determinar el desplazamiento de la unidad dinámica que conforma el sistema existen varias tecnologías:
a) Transductores lineales de posición. b) Encoder rotatórios.
c) Sensores por infrarrojos o V Scope.
a) Los transductores lineales de posición comprenden potenciómetros de alta precisión, que producen señales de voltajes, que varían en proporción al desplazamiento. De esta
forma, los datos relacionados con el desplazamiento pueden ser calculados aplicando algunas de las formas de conversión de datos analógicos a digitales (Harman, 1995; McBride, Triplett-McBride, Davie, & Newton, 2002). En la figura 29, se muestra un dispositivo de este tipo combinado con una plataforma dinamométrica para realizar un control más preciso del movimiento (Cronin et al., 2004).
b) Los encoders rotatorios son dispositivos compuestos por un cable que se desenrolla y se enrolla alrededor de un eje al que hace girar. El encoder envía una cantidad de impulsos por cada vuelta que realiza el eje, de modo que al conocer el tamaño del mismo y el espacio recorrido por cada giro, es posible calcular el desplazamiento realizado por cada vuelta que efectúa el eje del encoder. Los impulsos son transmitidos hacia una interface conectada a un ordenador, en donde a través de una tarjeta de recepción de datos, un software específico determina la posición, el tiempo en que se produce y estima el desplazamiento realizado con una altísima resolución. Los datos de posición, tiempo y desplazamiento permiten al software calcular los valores medios y picos de fuerza, potencia y velocidad, producidos durante todo el recorrido realizado (Baker, 2001b; Bosco, 2000; F. J. Naclerio et al., 2005). En la figura 27 se muestra un sistema compuesto por un encoder, una interface y un ordenador, conectado a un equipamiento de entrenamiento de fuerza.
Figura 27. Sistema compuesto por encoder, interface y
ordenador, para captar el desplazamiento lineal de la resistencia movilizada en los ejercicios de fuerza. Adaptado
de Bosco, (1991).
En los últimos años han sido utilizados dispositivos de este tipo en numerosas investigaciones para estimar las características cinéticas de los movimientos, ya que al estar integrado con un temporizador, se puede asociar la posición del cable con el tiempo y calcular el instante en que se van adoptando distintas posiciones durante un ejercicio.
No obstante, debe considerarse que es un dispositivo que permite sólo valorar los movimientos realizados con dirección vertical (respecto a la colocación del encoder), es decir, que su utilización se restringe sólo a los ejercicios que causan desplazamientos lineales de las resistencias movilizadas (González-Badillo & Ribas, 2002).
c) Los sensores por infrarrojos son dispositivos que están vinculados a un transductor óptico, el cual capta datos de posición en un espacio determinado (por ejemplo cada 3 mm de desplazamiento) (Bosco et al., 1995). El “V Scope”, es un dispositivo similar utilizado para analizar movimientos lineales, que está formado por un sistema de rayos infrarrojos y ultrasonidos que permite captar el desplazamiento de un implemento uniendo un transmisor de ultrasonidos a un extremo de la resistencia movilizada. Este transmisor se dispara por una señal de infrarrojos emitida de forma regular desde tres dispositivos o torres, (ver figura 28).
Figura 28. Dispositivo V Scope, que permite realizar un
análisis tridimensional de los desplazamientos al realizar ejercicios con pesos. Tomado de Stone y col (2003).
El tiempo que tarda la barra en recorrer un espacio es calculado al medir el intervalo de tiempo que transcurre entre cada señal emitida por el ultrasonido hacia las torres de infrarrojos. La distancia entre el transmisor y las torres se calcula por el tiempo que transcurre ya que se conoce la velocidad a la cual se transmiten las señales de ultrasonidos. Al disponer de tres torres se puede analizar la posición que va adquiriendo la barra por medio de un análisis tridimensional (M H. Stone et al., 2003).
Cualquiera que sea la metodología utilizada para conocer el desplazamiento de la resistencia movilizada y el tiempo empleado en realizarlo, es posible calcular la velocidad alcanzada entre cada muestra de datos de posición y el tiempo en que se produce cada una a partir de los cambios en la posición con respecto al tiempo, ecuación 1 (Enoka, 2002).
(1) v ( i )= Δ p/Δ t
(1) v ( i ) = (p2-p1)/(t2-t1)
v: velocidad; i: Cantidad de datos obtenidos en un intervalo
de tiempo, por ejemplo, 1 dato cada 1 milisegundo; Δ:
Variación o cambios; p: posición; t: tiempo.
De este modo, se puede obtener: la velocidad instantánea que va adquiriendo la resistencia en cada momento del desplazamiento, que a su vez permite determinar su valor más alto, que es la velocidad pico (vp), y la velocidad media, que se calcula por el promedio de todos los datos de velocidad instantánea obtenidos a lo largo de todo el desplazamiento (Dugan et al., 2004; Harman, 1995).
La segunda derivada de la posición respecto al tiempo es la aceleración (a), que se calcula por las variaciones de la velocidad respecto al tiempo en que se realiza el desplazamiento. Es decir, que la aceleración resulta de las diferencias que puedan existir entre los valores de velocidad calculados en un instante respecto a otro, (ecuación 2)
(Enoka, 2002).
(2) a ( i ) = Δ Velocidad / Δ Tiempo
(2) a ( i ) = (v2-v1)/ (t2-t1)
a: aceleración; i: Cantidad de datos obtenidos en un intervalo de tiempo; por ejemplo, 1 dato cada 1 milisegundo;
Δ: Variación o cambios; v: velocidad; t: tiempo.
La fuerza total que actúa sobre el sistema puede calcularse sumando la aceleración de la gravedad (9.81 m . s2) a la determinada instantáneamente
por el sistema formado por la resistencia y el
cuerpo del sujeto, para luego multiplicar este valor por el de la masa total del sistema, ecuación 3 (Dugan et al., 2004; Enoka, 2002).
(3) F ( i ) = m x a
F: fuerza aplicada (N); i: cantidad de datos obtenidos en un intervalo de tiempo, por ejemplo, 1 dato cada 1 milisegundo;
m: masa total del sistema (kg) a: aceleración adquirida por
el sistema (m . s2).
La potencia puede calcularse por medio del producto entre la velocidad y la fuerza determinadas en cada instante del desplazamiento, (ecuación 4). El pico de potencia de un movimiento constituye el valor más alto de potencia obtenido a lo largo de todo el desplazamiento, mientras que la potencia media resulta del promedio de todos los valores de potencia obtenidos en un desplazamiento o fase determinada del movimiento (Dugan et al., 2004).
(4) P ( i ) = F x v
P: potencia mecánica; i: cantidad de datos obtenidos en un intervalo de tiempo, por ejemplo, 1 dato cada 1 milisegundo;
F: fuerza aplicada (N); v: velocidad alcanzada (m . s)
Las ecuaciones descritas consideran solamente el desplazamiento y las fuerzas aplicadas en dirección vertical, por lo tanto, la potencia resultante se refiere a la producida sólo a lo largo del eje vertical (Dugan et al., 2004).
2. Determinación de las fuerzas de reacción