← Tornar al Portal de 2n FP Bàsica
Ciències Aplicades II · Bloc 10 (Forces) & Bloc 15 (Biomecànica) · 60 minuts

🥋 Forces, Ossos i Resistència al Trencament

Com és possible que un cop de puny de Karate trenqui un tauler de fusta sense trencar els artells? Per què una clau de braç a Jiu-Jitsu obliga l'oponent a rendir-se amb poc esforç? I com protegeix una canyellera la tíbia d'un futbolista d'un xoc de 3.000 Newtons? Avui apliquem la física dels ossos i les forces en acció real!

⏱️ 0–15 min · Explicació visual i conceptes clau · 15 minuts

🦴 01 · Quanta força aguanta un os humà abans de trencar-se?

El cos humà és una obra mestra d'enginyeria mecànica. Els nostres ossos no són pedres rígides: tenen una part mineral (calci, que dona duresa) i una part de proteïna elàstica (col·lagen, que absorbeix cops).

⚡ 1. La Força (Newtons)

La força es mesura en Newtons (N).
• 1 kg de pes a la Terra fa uns 10 N.
• El teu propi cos (ex: 60 kg) empeny el terra amb uns 600 N.

Pes (N) = Massa (kg) × 10
💪 2. Fèmur: Rei de la Compressió

En compressió recta (saltar de dalt a baix), el fèmur humà pot suportar fins a 4.000 N a 6.000 N (més de 500 kg de pes!). És més resistent que el formigó armat!

Compressió màxima: fins a 6.000 N
⚠️ 3. El Punt Feble: La Flexió

Si empenys un os de costat (xoc lateral) o el fas girar (torsió a Jiu-Jitsu), trenca amb molta menys força: només 1.000 N a 1.500 N!

Trencament lateral: a partir de 1.200 N
Biomecànica de la resistència de l'os humà sota compressió axial i flexió o torsió lateral
Figura 1 · Biomecànica òssia: A l'esquerra, el fèmur suporta una càrrega axial vertical de 4.000 a 6.000 N (gràcies a l'alineació de les trabècules internes i el teixit cortical). A la dreta, davant d'una força lateral de flexió o torsió, l'os esdevé molt més vulnerable i es fractura amb només 1.200 N.

📐 Les dues fórmules científiques del combat i de l'esport:

1. La Pressió (On es concentra la força?):
Pressió = Força ÷ Superfície (P = F ÷ S)
Com més petita és la superfície d'impacte, més gran és la pressió que rep l'os!

2. La Palanca (Com es multiplica la força a Jiu-Jitsu?):
Força a l'Articulació = Força de l'estirada × (Distància de la mà ÷ Distància colze)
Amb un braç de palanca llarg, una força petita de 150 N es converteix en 1.500 N capaços de trencar el colze!

⏱️ 15–27 min · Experimentació interactiva · 12 minuts

🧪 02 · Simulador de Resistència: Posa a prova l'os!

Tria el tipus d'os i mou la barra de força en Newtons per veure com reacciona l'estructura òssia (deformació elàstica, microfissures o fractura completa):

Tria l'os que vols provar:
Límit de fractura: 4.000 N
💥 Força aplicada: 1.200 N (120 kg de càrrega)
🟢 Zona Segura: L'os absorbeix la força de manera elàstica i recupera la seva forma.
0 N 50 % Límit Elàstic 100 % FRACTURA ÒSSIA
⏱️ 27–42 min · Anàlisi de situacions esportives · 15 minuts

🥋 03 · La Física al Dojo i al Camp de Futbol

1. Karate: Com es trenca una fusta sense trencar-se la mà?

Karate · Pressió

Un karateka expert llança un cop de puny directe (*gyaku tsuki*) amb una força d'impacte de 2.400 Newtons.

Cop de puny directe de Karate Gyaku Tsuki trencant un tauler de fusta amb cadena cinètica
Figura 2 · L'acció del cop directe (Gyaku Tsuki): La cadena cinètica transfereix l'energia muscular des del terra, cames i maluc fins a l'extensió completa del braç, concentrant una força d'impacte màxima d'uns 2.400 N directament sobre el tauler de fusta.
Opció A: Cop amb tota la mà oberta plana
• Superfície de contacte: 80 cm².
• Pressió: 2.400 N ÷ 80 cm² = 30 N/cm².
Veredicte: La força es dispersa tant que no trenca la fusta i fa mal a tota la mà.
Opció B: Cop perfecte amb els 2 artells (Seiken)
• Superfície de contacte: només 4 cm²!
• Pressió: 2.400 N ÷ 4 cm² = 600 N/cm².
Veredicte: La pressió és 20 vegades més alta! Supera la resistència de la fusta (400 N/cm²) i la trenca netament.
Comparativa biomecànica de pressió: mà plana oberta vs puny tancat amb els artells Seiken
Figura 3 · La clau biomecànica de la pressió (P = F ÷ S): Amb la mateixa força de 2.400 N, la mà oberta estén l'impacte en 80 cm² (pressió insuficient de 30 N/cm²). En canvi, clavar els dos artells principals (Seiken) redueix l'àrea a només 4 cm², disparant la pressió fins a 600 N/cm², que supera el límit de fractura de la fusta i la trenca d'un sol cop.

2. Brazilian Jiu-Jitsu: La Palanca que doblega l'articulació (Armbar)

BJJ · Palanques

A Jiu-Jitsu (*BJJ*), una persona de 55 kg pot vèncer un rival de 90 kg gràcies a la Llei de la Palanca d'Arquimedes.

Execució de la clau de braç Armbar a Brazilian Jiu-Jitsu mostrant el principi de palanca de classe 1
Figura 4 · L'acció de la clau de braç (Armbar / Juji Gatame): L'atacant bloqueja el cos del rival i aïlla el seu braç estès. El maluc actua com a punt de suport o fulcre sota el colze de la víctima, mentre les mans de l'atacant apliquen força descendent al canell.

A la clau de braç (*Armbar*), l'atacant agafa el canell del rival a 30 cm del colze (punt de suport/fulcre). La musculatura del rival només pot defensar-se fent resistència a només 3 cm de distància de la seva articulació.

• Factor multiplicador de palanca: 30 cm ÷ 3 cm = 10 vegades
• Si l'atacant estira amb només 160 N de força (uns 16 kg d'esforç):
• Força rebuda al colze i cúbit: 160 N × 10 = 1.600 N.
⚠️ Perill: Com que l'articulació i l'os trenquen a partir de 1.400 N, l'oponent ha de fer **tap** (palmejar per rendir-se) immediatament abans de la fractura!
Diagrama biomecànic del braç humà actuant com a palanca mecànica amb la força de 160 N aplicada al canell generant 1.600 N al colze
Figura 5 · El braç aplicant la força com a palanca mecànica: El braç estès funciona exactament com una palanca de primer gènere. En aplicar una força d'estirament descendent de només 160 N a la punta del canell (distància de 30 cm des del pivot), el colze (punt de pivot/fulcre) pateix una concentració de parell de força de 1.600 N (160 kg de càrrega sobre la unió cúbit-húmer), forçant la rendició immediata per evitar la fractura articular.

3. Futbol: Per què la canyellera salva de la fractura de tíbia?

Futbol · Protecció

En una entrada forta dividida de futbol, dos jugadors xoquen a la canyella amb una força d'impacte de 2.000 Newtons.

Biomecànica del xoc a la tíbia en futbol: sense canyellera (alta pressió i fractura) vs amb canyellera composta (força dispersada i tíbia protegida)
Figura 6 · L'acció del xoc i la física de la canyellera: A l'esquerra (Cas 1), l'impacte directe de 2.000 N dels tacs d'una bota es concentra en una àrea minúscula (2 cm²), creant una pressió perillosa de 1.000 N/cm² que fractura l'os de la tíbia. A la dreta (Cas 2), la placa composta de la canyellera dispersa aquesta mateixa energia en 100 cm², reduint la pressió a només 20 N/cm² i protegint la cama del futbolista.
❌ Si el jugador NO porta canyellera:
L'impacte es rep directament a la punta d'un tac dur de bota (superfície d'uns 2 cm²).
• Pressió: 2.000 ÷ 2 = 1.000 N/cm².
Resultat: Supera amb escreix el límit de la tíbia (350 N/cm²) ➔ FRACTURA DE TÍBIA.
✅ Si el jugador PORTA canyellera homologada:
La placa rígida de fibra dispersa la força en tota la seva superfície (uns 100 cm²).
• Pressió: 2.000 ÷ 100 = 20 N/cm².
Resultat: Queda 17 vegades per sota del límit de fractura. L'os està completament sa!
🎮 42–55 min · Joc de càlcul per etapes · 13 minuts

🕹️ EL REPTE DEL BIOMECÀNIC: CALCULA I SALVA L'OS!

Resol el càlcul de cada esport per avançar de fase. Només es desbloqueja la següent si la teva resposta és correcta!

⭐ Punts XP: 0 / 100
Ronda 1 · Karate: Força del Cop

1. Quants Newtons genera el cop d'un karateka?

La massa del puny i braç accelerat és de 5 kg. En el moment d'impactar contra el sac, assoleix una acceleració de 500 m/s².

Aplica la 2a Llei de Newton per trobar la força: quants Newtons (N) d'impacte produeix el cop?

🔒 Ronda 2 · Karate: Concentració de Pressió

2. Quina pressió fan els artells sobre la fusta?

El cop genera una força d'impacte de 2.500 Newtons i es concentra sobre una superfície de només 5 cm² (els dos artells Seiken).

Aplica la fórmula de la pressió: quina pressió en N/cm² reben els artells i el tauler de fusta?

🔒 Ronda 3 · Jiu-Jitsu: Multiplicador de Palanca

3. Quina força rep el colze a la clau de braç?

A la clau de braç (armbar), la distància de la mà de l'atacant fins al colze (fulcre) és de 35 cm, mentre que la distància de resistència de l'articulació és de només 5 cm. L'atacant estira amb una força muscular de 200 Newtons.

Aplica el principi de la palanca: quina força brutal (en Newtons) s'acaba transmetent sobre el colze del rival?

🔒 Ronda 4 · Futbol: Salvats per la Canyellera

4. A quant redueix la pressió la canyellera?

En una entrada forta, es produeix un xoc de 3.000 Newtons. Gràcies a la canyellera homologada, aquest impacte es reparteix en una superfície àmplia de 150 cm².

Aplica la fórmula de la pressió: quina pressió final (en N/cm²) arriba a la tíbia del futbolista?

⏱️ 55–60 min · Avaluació individual · 5 minuts

🎟️ 05 · Tiquet de Sortida

Respon a aquestes 3 preguntes ràpides a la teva llibreta abans de sortir de classe:

1. Unitats de Força: En quina unitat física es mesura la força d'un cop o d'una càrrega?

2. Resistència dels ossos: Quan és més resistent un os humà: quan suporta compressió en línia recta (com caure de peus) o quan rep una força lateral de torsió?

3. Canyelleres de futbol: Si la força d'un xoc és la mateixa, per què la canyellera impedeix que es trenqui la tíbia?

✅ Autocorrecció del Tiquet de Sortida

1. Es mesura en Newtons (N).

2. És molt més resistent en compressió en línia recta (fins a 4.000–6.000 N). De costat o amb torsió es trenca molt abans (1.000–1.500 N).

3. Perquè augmenta la superfície de contacte i per tant redueix dràsticament la pressió (Pressió = Força ÷ Superfície) per sota del llindar de fractura.