1r Trimestre · Classe 13 Sessió de 60 minuts Bloc A1 & A4 · Biomecànica i PRL Física Aplicada

🏋️ Ergonomia de Taller: Palanques Mecàniques i Càrrega Segura

Al taller d'informàtica movem equips pesants: servidors de rack (25 kg), bobines de cable de xarxa, monitors o caixes de recanvis. Per què aixecar una caixa de 20 kg amb l'esquena doblegada transmet més de 2.000 N a les vèrtebres lumbars, mentre que flexionar els genolls protegeix la columna? Apliquem la llei de la palanca al cos humà per aprendre a carregar sense risc de lesió.

📐 1. La Llei de la Palanca al Colze i a la Mà

El nostre cos funciona exactament com un conjunt de màquines simples. Les articulacions són els punts de recolzament (fulcre), els ossos són les barres de palanca i els músculs apliquen la força d'esforç per vèncer la càrrega o resistència.

💡 La Llei de l'Equilibri de Palanques:

$$ F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2 $$ On $F_1$ és la força del múscul (en Newtons, N), $d_1$ és la distància de la inserció muscular a l'articulació (braç de força), $F_2$ és el pes de l'objecte (en N) i $d_2$ és la distància de l'objecte al punt de gir (braç de resistència).

🦾 Exemple Guiat: Sostenir un Ordinador Portàtil amb la Mà

Sostenim amb la mà un portàtil de 2 kg ($F_2 \approx 20\text{ N}$) amb l'avantbraç en angle recte.

  • Distància del colze a la mà: $d_2 = 35\text{ cm}$.
  • Distància del colze a la inserció del bíceps: $d_1 = 5\text{ cm}$.
  • Càlcul de la força que ha de fer el bíceps ($F_1$):

$$ F_1 \cdot 5\text{ cm} = 20\text{ N} \cdot 35\text{ cm} \implies F_1 \cdot 5 = 700 \implies F_1 = \frac{700}{5} = \mathbf{140\text{ N}} $$ El bíceps ha de generar 140 N de tensió (com si aixequés 14 kg!) per sostenir un portàtil de només 2 kg, perquè el braç de palanca del múscul és 7 vegades més curt.

N
vegades

⚙️ 2. Simulador Interactiu: La Palanca Lumbar (Vèrtebres L5-S1)

Quan ens inclinem per agafar un pes a terra, les vèrtebres lumbars inferiors (disc L5-S1) actuen com a fulcre. La distància dels músculs de l'esquena al fulcre és de només 5 cm, mentre que el centre de gravetat del tronc i de la caixa pot ser a 30 cm, 40 cm o 50 cm del cos.

15 kg

Pes ($P = m \cdot 9{,}8 \approx m \cdot 10\text{ N}$): 150 N

35 cm

Distància dels músculs erectors a l'espina ($d_1$): 5 cm

Tensió Múscul Dorsal ($F_1$)
1.050 N
Compressió Disc L5-S1
1.450 N
Diagnòstic de Risc Ergonòmic
⚠️ Risc Elevat

L'esquena inclinada multiplica per 7 el moment de càrrega.

🛡️ 3. Normes de Seguretat Laboral (PRL) a Puigcerdà

A Catalunya i segons l'Institut Nacional de Seguretat i Salut en el Treball (INSST), el límit general de càrrega manual per a un treballador en condicions òptimes és de 25 kg (i 15 kg per a protecció de joves o situacions desfavorables).

📋 Protocol d'Aixecament de Seguretat (Regla de les 4 Pautes):

  1. Apropar-se a la càrrega: Com menor sigui la distància ($d_2$), menor serà el moment de força sobre l'esquena.
  2. Separar els peus: Proporciona una base de suport ampla i estable.
  3. Doblegar els genolls (90°): La feina d'aixecament l'han de fer els quàdriceps i glútis, que són els músculs més forts del cos.
  4. Mantenir l'esquena recta i vertical: La columna està dissenyada per suportar compressió axial recta, no càrregues inclinades.
kg

🎮 4. El Gran Kahoot d'Ergonomia, Palanques i Càrrega Segura

14 preguntes interactives amb compte enrere, càlculs biomecànics i normes PRL
🏆🏋️

Llestos per al Repte de Biomecànica i Salut Laboral?

Posa a prova tot el que hem après avui: la fórmula de la palanca d'Arquimedes, la tensió del bíceps, la compressió lumbar al disc L5-S1 i les normes de seguretat INSST.

📊 5. Anàlisi Conjunta del Kahoot: Notes de la Classe i Comprensió de la Mitjana

Dades Compartides en Viu

Analitzem col·lectivament les notes del Kahoot de biomecànica i càrrega de taller a la pissarra digital de l'aula A004. Utilitzem aquestes dades reals per comprendre com es calcula la mitjana aritmètica ($\bar{x}$) com a repartiment equitatiu i com reacciona davant valors extrems.

Total de notes registrades: 0 alumnes.

📊 Distribució de Qualificacions per Trams:

🔴 Insuficient (< 5,00)
0 (0%)
🟡 Suficient / Bé (5,00 a 6,99)
0 (0%)
🟢 Notable (7,00 a 8,99)
0 (0%)
🌟 Excel·lent (9,00 a 10,00)
0 (0%)

💡 Què és la Mitjana Aritmètica en Ergonomia i Salut Laboral?

La intuïció del repartiment equitatiu: Si suméssim totes les notes del grup i les repartíssim a parts exactament iguals entre tots els tècnics de l'aula, la quantitat que rebria cadascú és exactament la mitjana ($\bar{x}$).

$$ \text{Mitjana Aritmètica } (\bar{x}) = \frac{\text{Suma de totes les notes}}{N} = \frac{\sum x_i}{N} $$ $$ \text{Rang de Dispersió} = \text{Nota Màxima} - \text{Nota Mínima} $$ $$ \text{Taxa d'Aprovats (\%)} = \frac{\text{Nombre d'alumnes amb nota } \ge 5{,}00}{N} \times 100 $$
punts
/10
punts
%

⚖️ La Balança de la Mitjana & Els Valors Extrems

Comprova en temps real com reacciona el punt d'equilibri de la classe davant diferents situacions:

Mitjana actual: -- punts
Mitjana: --

Fes clic als botons per simular escenaris de taller:

📝 6. Tiquet de Sortida Individual i Compromís d'Hàbit

Respon la pregunta final per acreditar que coneixes la relació entre les matemàtiques de la palanca i la salut del teu cos al taller.

👨‍🏫 Guia Didàctica per al Professorat i Solucions

🎯 Enfocament Pedagògic d'aquesta Sessió:

Aquesta sessió respon a la Sessió 12 de la programació oficial (Bloc A1 / A4 - Ciències Aplicades II). Connecta la física clàssica de les màquines simples (Arquimedes) amb el cos humà i la Prevenció de Riscos Laborals (PRL), un contingut essencial per a l'FP Bàsica.

🔑 Solucions Numèriques:

  • Fase 1 - Ex. 1: $F_1 \cdot 5 = 60 \cdot 30 \implies F_1 \cdot 5 = 1.800 \implies F_1 = \mathbf{360\text{ N}}$.
  • Fase 1 - Ex. 2: En duplicar la distància $d_2$ de $30\text{ cm}$ a $60\text{ cm}$, la força muscular es duplica exactament ($\mathbf{2\text{ vegades}}$).
  • Fase 3 - Ex. 1: Pes màxim legal en condicions ideals = $\mathbf{25\text{ kg}}$.
  • Fase 3 - Ex. 2: Carregar entre dos companys o fer servir carretó.
  • Fase 4 - Gran Kahoot: 14 preguntes interactives sobre biomecànica d'articulacions (fulcre), llei de la palanca, compressió lumbar L5-S1 i normes INSST (25 kg / 15 kg). Les puntuacions es desen a localStorage (clau kahoot_fpb2_ergonomia_scores).
  • Fase 5 - Tiquet de sortida: Opció correcta A (la distància $d_2$ és mínima, reduint el moment de força que compensen els músculs).