Cómo mata un accidente (1): fractura por impacto, fuerzas

Cómo mata un accidente (1): fractura por impacto, fuerzas

La semana pasada introducimos esta nueva serie de artículos que pretende explicar, paso a paso, los procesos Físicos, biológicos y bioquímicos que ocurren desde que sufrimos un accidente hasta que, si nadie pone remedio, ocurre el fatal desenlace. Hoy daremos el primer paso, entender por qué nuestro cuerpo se rompe cuando sufre un golpe fuerte, lo que conocemos como fractura por impacto.

En general, una fractura por impacto ocurre cuando dos cuerpos sólidos colisionan entre si con una gran velocidad relativa. Ocurren debido a las fuerzas que aparecen en las regiones de contacto entre las superficies de ambos sólidos. En el artículo de hoy trataremos de explicar por qué aparecen dichas fuerzas, y la semana que viene explicaremos su efecto a nivel microscópico sobre nuestro cuerpo.

Para que tengamos todos la misma idea mental, basaré mi explicación un ejemplo concreto: la fractura por impacto del cúbito que ocurre al golpear el antebrazo contra el volante. Seguramente esta no será una herida mortal, ya que anteponer el brazo probablemente evite daños en la cabeza. No obstante, el mecanismo por el que se produce la fractura es idéntico sea cual sea el hueso golpeado, así que también os podéis imaginar que quien impacta contra el volante es el cráneo.

Aunque recibe el nombre de "Primera Ley de Newton", Galileo Galilei fue el primero en proponer el principio de inercia.

Aunque recibe el nombre de “Primera Ley de Newton”, Galileo Galilei fue el primero en proponer el principio de inercia.

La inercia

Una observación obvia es que yo puedo apoyar el antebrazo sobre el volante, y eso no me provoca una fractura en el cúbito. Obviamente, la diferencia está en el verbo apoyar, muy diferente a impactar. La diferencia estriba en la velocidad relativa que tienen volante y hueso al impactar.

Dicha diferencia está causada por lo que los Físicos llamamos principio de inercia, o primera ley de Newton. Este principio viene a decir que todo cuerpo, si no está sometido a ninguna fuerza, tenderá a moverse en línea recta manteniendo la misma velocidad que llevaba. O, dicho de otra manera, es necesario que existan fuerzas para que la velocidad de algo cambie.

Antes del accidente, tenemos a vehículo y conductor moviéndose solidariamente, a la misma velocidad. Cuando ocurre la colisión, ya sea con otro coche o con algún otro elemento externo, aparecen un montón de fuerzas que hacen cambiar la velocidad del coche. No obstante, esas fuerzas no se aplican directamente sobre el conductor, que (por suerte) no entra en contacto directo con el elemento contra el que ha colisionado el coche.

Pero, según el principio de inercia, si no hay ninguna fuerza sobre el conductor, entonces este seguirá moviéndose a la misma velocidad que llevaba antes del choque. Es decir, estamos en una situación en que el vehículo se está deteniendo mientras la persona en su interior sigue a la misma velocidad. Obviamente, esta no es una situación sostenible: al cabo de apenas fracciones de segundo, si el conductor se mueve más deprisa que el coche, acabará colisionando contra la parte delantera del habitáculo. En especial, contra el volante.

Por lo tanto, es responsabilidad del volante ejercer la fuerza necesaria para reducir la velocidad del conductor. Este es el origen de la fuerza que causa la fractura por impacto.

Por cierto, este es el momento idóneo para hablar del elemento de seguridad pasiva más importante: el cinturón de seguridad. Ahora podemos entender que su finalidad es proporcionar la fuerza sobre el cuerpo humano que reduzca su velocidad, manteniéndola a la par con la del vehículo. De esta forma, reduce en gran medida la probabilidad de que la diferencia de velocidades entre ambos sea tan grande que el conductor llegue a colisionar con la parte delantera.

Cómo mata un accidente (1): fractura por impacto, fuerzas

Cuánta fuerza

Ahora que sabemos por qué hay una fuerza entre el cúbito y el volante, podemos hacer una segunda observación obvia. Si yo aprieto con toda mi fuerza el antebrazo sobre el volante, no consigo provocarme una fractura (aunque si sois más fuertes que yo, no os recomiendo probarlo tampoco). Eso nos lleva a ver que la fractura no sólo necesita que exista una fuerza, sino que requiere que la fuerza sea muy grande.

Para saber la magnitud de la fuerza que aparece, debemos recurrir a una vieja conocida, la segunda ley de Newton. Si la primera ley (o principio de inercia) nos decía que para cambiar la velocidad de un cuerpo es necesario que exista una fuerza, la segunda nos permite saber cuál es esa fuerza. Resulta ser que la fuerza necesaria es igual al resultado de multiplicar la masa del objeto por el ritmo al cual cambia su velocidad (también llamado aceleración).

Es decir, cuanto más rápidamente cambie la velocidad (es decir, si la aceleración es grande), mayor es la fuerza necesaria. Por contra, si el cambio de velocidad es muy paulatino, las fuerzas necesarias serán menores. Por eso al frenar normalmente no sufrimos daños: los frenos, incluso si se aplican al máximo, reducen la velocidad de forma muy gradual, de forma que las fuerzas involucradas son asumibles por el cuerpo humano.

Ahora bien, cuando nos golpeamos contra el volante en un accidente, tenemos muy poco tiempo para producir un cambio de velocidad muy grande. Eso hace que la fuerza aplicada deba ser muy grande. ¿Por qué hay tan poco tiempo? Porque el volante es un objeto sólido. Su deformación será muy pequeña, por lo que la detención del objeto que colisiona contra él se producirá en muy poco espacio. Es decir, la distancia de detención será muy corta, y como el cuerpo se mueve a gran velocidad (recordemos: la misma velocidad que llevaba antes del accidente), tardará muy poco tiempo en recorrerla.

Por cierto, otro apunte de seguridad vial. Para alargar el tiempo de detención, los coches modernos disponen de dos mecanismos. Por un lado, el cinturón de seguridad no es rígido, sino que se alarga sufriendo una deformación plástica (es decir, irreversible; por eso hay que cambiar el cinturón tras un accidente donde ha llevado a cabo su cometido). Es importante que la deformación sea plástica, y no elástica; de lo contrario, el cinturón nos volvería a golpear contra el asiento tras la colisión. Las deformaciones plásticas absorben energía, las elásticas sólo la retienen temporalmente.

Por otro lado, la finalidad del airbag es precisamente alargar el tiempo disponible para realizar ese cambio de velocidad. Al desplegarse hacia el conductor, hace que su cuerpo empiece a experimentar una fuerza en contra de su movimiento mucho antes. Como esa fuerza llega antes, dispone de más tiempo y por lo tanto la fuerza puede ser menor (sin duda, seguirá siendo una fuerza considerable, pero mucho menor que la alternativa sólida). Otro sistema de seguridad relacionado, y complementario, son los volantes deformables.

Las fallas en roca suelen formarse mediante fracturas por estrés, un tipo de fractura que también es posible en huesos humanos, pero no tanto en accidentes.

Las fallas en roca suelen formarse mediante fracturas por estrés, un tipo de fractura que también es posible en huesos humanos, pero no tanto en accidentes.

Reparto de fuerzas en la fractura por impacto

Otro concepto importante es la presión. No sólo la fuerza es muy grande, sino que además se concentra en una región muy pequeña. Lo que importa para detener el cuerpo es que la suma total de todas las fuerzas que se aplican sobre él sea la necesaria. Si la fuerza se reparte, por ejemplo, entre dos antebrazos, entonces la fuerza que sufrirá cada uno de ellos será, más o menos, la mitad. Si pudiéramos repartir la fuerza entre todo el cuerpo, la fuerza sobre cada hueso sería mucho menor, reduciendo la posibilidad de fractura por impacto.

De nuevo, aquí podemos mencionar el airbag. Al abarcar toda la cara del conductor, la fuerza se reparte en una superficie mayor que si colisionáramos contra el estrecho volante.

Fijaos que, por el momento, siempre hemos hablado de la fuerza aplicada sobre el hueso. Obviamente, no existe contacto directo entre el hueso y el volante (por lo menos, no inicialmente). Los tejidos blandos que hay entre piel y hueso son muy livianos, en comparación, y transmiten la fuerza casi directamente. Digo casi, ya que en el proceso absorben parte de la fuerza comprimiéndose. Esa compresión también puede provocar daños sobre el cuerpo, pero eso lo veremos más adelante.

Esto es así si consideramos golpes directos sobre zonas del cuerpo donde los huesos están cerca de la superficie. Si el golpe fuera, por ejemplo, en el abdomen, toda esta fuerza seria absorbida por las vísceras mucho antes de llegar al esqueleto. No obstante, en un accidente de tráfico esto será relativamente poco frecuente, ya que la mayoría de golpes directos se producirán en extremidades, cabeza y tórax.

Hasta aquí el análisis de las fuerzas involucradas. En la siguiente entrega entraremos a considerar el efecto de dichas fuerzas sobre la estructura del hueso.

Fotos | Sjbrown, cloud2013, stu_spivack, zeesstof

Cómo mata un accidente (0): Introducción
(1): fractura por impacto, fuerzas
(2): mecánica de la fractura
(3): desplazamiento de los órganos internos
(4): clasificación del politraumatismo en carretera
(5): picos de mortaldad tras sufrir un politraumatismo
(6): la importancia del politraumatismo
(7): introducción a los procesos metabólicos
(8): ¿Por qué necesitamos la respiración celular?
(9): Shock circulatorio
(y 10): conclusión
  • Escargot

    Sobre los cinturones… bueno, dudo que alguien los cambie. Estará el coche como para ponerle cinturones nuevos…

    ¿Y eso del volante deformable? Me estaba acordando además de un anuncio en el que dicen que han hecho “un volante más pequeño”. ¿Más pequeño que qué? No lo sé. Pero ahora me da mal yuyu. Y si encima recuerdo que es de la misma casa que el coche famoso en el que os conté que saltaron los airbags porque sí… ¬¬

    • Jaume

      Bueno, no todas las colisiones son siniestro total. Un alcance a 40km/h ya seria suficiente para procurarte una buena fractura en la frente si el cinturón no evita el golpe contra el volante, pero probablemente el coche sea salvable tras una reparación, que debe incluir el cambio del cinturón.

      Lo del volante más pequeño no lo había oído.

      • Escargot

        Tienes razón. Estaba pensando en piñas a 120 km/h.

        En cuanto al volante más pequeño, fíjate en los anuncios que veas. Hay uno en el que lo dicen aunque no sé a cuándo se refieren.

      • Escargot

        Lo del volante lo decía por lo de que el impacto se reparte y tal. Vamos, lo de que era mejor dársela contra un muro que contra un poste.

  • clara

    yo sufri un desgarre serebral