biomecanica da natação

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BIOMECÂNICA DO MOVIMENTO HUMANO APLICADA AOS 
ESPORTES*
 
Prof. Dr. Ricardo Machado Leite de Barros 
 
Biomecânica em Fluidos 
 
Conceitos Básicos: 
Introdução à mecânica dos fluidos. 
Movimento relativo. 
Densidade. 
Peso específico. 
Viscosidade. 
Pressão. 
Princípio de Pascal. 
Princípio de Arquimedes. 
Flutuabilidade. 
Resistência dinâmica. 
 
Biomecânica Aplicada: 
Biomecânica da natação. 
Trajetórias de implementos esportivos. 
 
 
Introdução - Mecânica dos Fluidos 
 
- Contrasta-se com o sólido; 
- Pode escoar ou fluir; 
- É composto por líquido e gases; 
- Não possui arranjo ordenado. 
 
 
* Artigo Disponível on line via: http://www.unicamp.br/fef/Laboratorios/Lib/download/mh603-
2005aula13.pdf 
http://www.unicamp.br/fef/Laboratorios/Lib/download/mh603-2005aula13.pdf
http://www.unicamp.br/fef/Laboratorios/Lib/download/mh603-2005aula13.pdf
MOVIMENTO RELATIVO 
 
Influência - velocidade do fluido e a da velocidade do objeto; 
 
Velocidade Relativa = velocidade de um corpo em relação a qualquer outra 
coisa, neste caso, o fluido que circunda o objeto em deslocamento. 
 
Densidade (ρ) 
 
 O conceito de Densidade é a combinação de massa de um corpo 
com seu volume, assim temos: 
 
 
 
 
Peso Específico 
 
 O conceito de peso específico é definido como peso por volume, 
assim temos: 
 
 
Viscosidade 
 
 A viscosidade de fluido é a resistência que o fluido apresenta ao fluir. 
Quanto maior a extensão que o fluido resiste ao fluir sob a atuação de uma 
força aplicada, maior será sua viscosidade. 
 
Pressão 
 
 Pressão é uma força aplicada perpendicularmente a superfície do 
fluido, assim temos: 
 
 
 
Unidade de medida (SI) 
1atm = 1,01 * 105Pa = 760 torr (mm/Hg) = 14,7 lb/in2(psi) 
 
 
 
EQUILÍBRIO DE FORÇAS - PRESSÕES HIDROSTÁTICAS 
 
 A pressão em um ponto de um fluido em equilíbrio estático depende 
da profundidade desse ponto, mas independe de qualquer dimensão horizontal 
do fluido ou do seu recipiente. 
 
F2= F1+ mg 
p2= p1+ ρg(y1 -y2) →Variação de profundidade ou altura 
p = p0 + ρgh →Profundidade h 
 
 Ponto de verificação 1: A figura desenhada no quadro mostra quatro 
recipientes de azeite de oliva. Ordene-os de acordo com a pressão a uma 
profundidade h, da maior para menor! 
 
Princípio de Pascal 
 
 O principio de pascal estabelece que a pressão externa aplicada 
num fluido em equilíbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do fluido. 
 
 Este principio explica o funcionamento da prensa hidráulica. 
 
p = pext+ ρgh 
 
 
Princípio de Arquimedes 
 
 Quando um corpo esta totalmente ou parcialmente submerso em um 
fluido, o fluido ao redor exerce uma força de empuxo (Fe) sobre o corpo. A 
força esta dirigida para cima e possui uma intensidade igual ao peso (mf*g)do 
fluido que foi deslocado pelo corpo. 
 
Fe= mg 
F = força de empuxo 
mg= peso do fluido deslocado pela moeda 
 
 
 
 
 
Flutuabilidade 
 
Flutuar →densidade do corpo = a densidade do fluido; 
 
Aumento do volume de ar nos pulmões →Diminuição a densidade →facilita a 
flutuação; 
 
Aumento da temperatura do fluido → Diminuição a sua densidade fluido 
→dificultando a flutuação; 
 
 Maior percentual de gordura no corpo ↓a sua densidade facilita a 
flutuação. 
 
Fb= V γ 
 
Forças Verticais e Equilíbrio PesoEmpuxo 
 
 
 
Resistências Dinâmicas 
 
 É uma força causada pela ação dinâmica de um fluido que age na 
direção das correntes livres do fluxo do fluido. Lentificao movimento. Assim 
temos: 
 
Fres= ½Cr ρAp v2, 
 
No qual Cr é o coeficiente de resistência dinâmica e v é a velocidade. 
 
Arraste de Superfície 
 
 Força de Atrito entre o corpo e as moléculas de água que entram em 
contato com a pele. 
 
 
 
Arraste de Forma 
 
Escoamento Laminar: Arraste menor 
 
Arraste de Onda 
 
 Provocado pelas reflexões das ondas no fluido, produzida pelos 
movimentos dos corpos no fluido. 
 
Escoamento Turbulento: Arraste Maior 
 
 
FORÇA DE SUSTENTAÇÃO E EFEITO MAGNUS 
 
Força de sustentação - perpendicular ao fluxo do fluido, diferença nas 
velocidades de escoamento do ar em regiões diferentes, perpendicular à 
velocidade (ex. Chute futebol) 
 
Fsust= ½CsρAv2, 
 
Efeito Magnus – é o desvio na trajetória de um objeto girando na direção do 
giro em conseqüência da força Magnus. 
 
Força Magnus – força de sustentação criada pelo giro. 
 
 
 
 
Princípio de Bernoulli 
 
 A pressão em um fluido é inversamente proporcional à velocidade de 
deslocamento. 
 
 
BIOMECÂNICA DA NATAÇÃO 
 
Mecânica do Nado 
 
- Resistência; 
- Propulsão; 
- Aspectos Fundamentais da Propulsão. 
 
Resistência 
 
- Fluxo Laminar e Turbulento; 
- Efeitos de Forma e Orientação do Nadador; 
- Características dos Nadadores que Afetam o Arrasto; 
- Efeito da Velocidade 
- Tipos de Arrasto -forma, onda efriccional. 
 
Fluxos - Laminar e Turbulento 
 
 
 Turbulência causada pelo corpo do nadador movimentando-se em 
correntes laminares. 
 
 
Efeitos de Forma e Orientação do Nadador 
 
 
 Objetos “afilados” deparam-se com menor resistência que os com 
cantos “quadrados” e formas convolutas. Forma ideal de um projétil (peixe). 
 
Mais rápidos – Mais aerodinâmicos. 
 
Características dos Nadadores que afetam o Arrasto 
 
 
 
- Área da secção transversal ao fluido. 
- Velocidade do movimento 
- Forma assumida, favorecendo o escoamento laminar ou 
turbulento 
- Superfície de contato 
- Rugosidade 
 
Efeito da Velocidade 
 
- Velocidade →↑Fricção e Turbulência = ↑Arrasto. 
- 2X Velocidade = 4X Arrasto. 
- Nadadores + Ritmo = + Chances 
 
 
 
 
Tipos de Arrasto 
 
Arrasto Superfície ou friccional - Fricção entre a pele dos nadadores e as 
moléculas de água que entram em contato com a pele. 
 
Superfícies lisas -↓Fricção -Raspagem do corpo – Estudos 
 
Arrasto de Onda -Ondas que são geradas pelos nadadores. 
 
Nado de Borboleta -Braços rentes água -Velocidade reduzida 30% dentro 1/16s 
-Efeito Devastador no Desempenho. 
 
Arrasto de Forma - Causado pelo porte e pela forma dos corpos dos 
nadadores em seu deslocamento propulsivo na água. 
 
 
 
Propulsão 
 
Teorias da propulsão na natação: 
 
“Roda de Pá” 
 
“Empurrar Direto para Trás para ir para Frente” 
 
“Movimento Sinuoso para Trás” 
 
Teoria –“Roda de Pá” 
 
 
Teoria -“Empurrar Direto para Trás para ir para Frente” (J. E.Counsilman, 
1968 e C.E. Silvia, 1970) 
 
Terceira lei de Newton-Ação/ Reação. 
 
“Quando os nadadores empurram a água para trás, a água exerce 
uma força de igual magnitude para que os empurra para frente”. 
 
Mão utilizada como remo. Ficou conhecido como Teoria de ArrastoPropulsivo. 
 
Teoria –“Movimento Sinuoso para Trás” (J. E.Counsilman, 1968 e C.E. 
Silvia, 1970) 
 
- Movimento submerso em forma de “S”; 
- Melhor formulação da teoria anterior; 
- Melhor desempenho do nado (menos esforço – maior 
aceleração). 
 
 
Teorema de Bernoulli na Natação 
 
- Usado para explicar como era produzida a força de Sustentação; 
 
- Quanto maior a velocidade menor a pressão Fluído. 
 
Ângulo de Ataque 
 
 Ângulo entre a inclinação da mão e do braço(ou perna e pé) -direção 
em que eles estão se movendo. 
 
- Movimento de um fólio: 
- Bordo de ataque; 
- Bordo de fuga. 
 
A propulsão ↓-ângulo de ataque for grande ou pequeno demais. 
Força de sustentação mínima 
 
 
 
Busca Ideal do Ângulo de Ataque 
 
1. Mãos e os pés; 
2. Ângulo de ataque adequado; 
3. Mudança na sua direção de inclinação; 
4. O bordo de ataque e de fuga -a cada mudança de direção. 
 
Bolhas de Ar 
 
- Combinação errada de direção e de ângulo de ataque; 
- Busca de águas mais tranquilas; 
- Turbulência e uma concomitante perda de forçapropulsiva. 
 
Velocidade 
 
Velocidade das mãos; 
Movimentos propulsivos; 
Mudanças de direções das mãos; 
 
 
Aspectos Fundamentais da Propulsão 
 
- Os nadadores utilizam o palmateio diagonal; 
- Braçadas movimentam-se como a atividade de uma hélice. 
- Maglischo: “varredura”–Exercícios de palmateio nas três fases da 
braçada. 
 
 
AS QUATRO VARREDURAS DA NATAÇÃO 
 
Varredurapara Fora 
 
 
Varredura para Baixo 
 
 
 
Varredura para Dentro 
 
 
Varredura para Cima 
 
 
Ponto de Agarre e Cotovelo Elevado 
 
Ponto de agarre – ocorre durante a fase submersa da braçada, na qual tem 
início a propulsão. 
Defasagem de tempo - tenham seus braços posicionados para deslocar a água 
para trás. 
Cotovelo elevado - Aplicação de força propulsiva e maior eficiência. 
Cotovelo baixo - água para baixo e não para trás. 
 
Nados de borboleta e peito 
 
 Aplicação de força propulsiva-alinhar o antebraço e as mãos. 
 
Papel das Pernas na Propulsão da Natação 
 
- Deslocamento da água; 
- Fluxo da água; 
- Extensão da perna; 
- Perda do efeito propulsivo. 
 
 
 
Mecanismos de Anéis de Corrente 
(Colwin-1984 e 1985) 
 
 
- Transportar, arremessar, acelerar –movimento para frente; 
- Extensão teoria da sustentação; 
- Alguns problemas associados à medição. 
 
Papel do Corpo na Propulsão 
 
Movimento ondulatórios; 
Justificativa –animais marinhosLighthill,1969;Ungerechts,1983. 
 
 
 
Exercício 1 
 
É melhor ser pisado por uma mulher usando sapato de salto fino (salto alto) ou 
um de sola lisa e salto baixo (tênis)? Se a mulher pesa 556 N, a área do salto 
fino é de 4 cm2 e a área do salto baixo é de 175 cm2, qual a pressão exercida 
por cada tipo de salto? 
 
Solução -Exercício 1 
 
Sabemos que: 
Peso = 556 N 
Área salto fino = Af= 4 cm2
Área salto baixo e liso = Abl= 175 cm2
 
Solução: 
P = F/A 
 
para cada tipo de salto = 556 N/ 4 cm2= 139 N/cm2 
= 556 N/ 175 cm2= 3,18 N/cm2 
 
Comparando as pressões = Pf/Pbl= 139/3,18 = 43,75 X mais no salto fino 
 
Exercício 2 
 
Enquanto prendia uma grande quantidade de ar nos pulmões, uma moça de 22 
kg tinha um volume corporal de 0,025 m3. Ela poderá flutuar em água doce se 
o γ for igual a 9810 N/m3 . Sabendo-se o volume corporal, quanto ela poderia 
pesar e continuar flutuando? 
 
Solução -Exercício 2 
 
Sabemos que: 
 
m = 22 kg 
V = 0,025 m3
γ= 9810 N/m3
 
Solução: 
 
Para que a moça esteja realmente flutuando é necessário que a soma das 
forças verticais seja igual a 0. 
 
Fb= V γ= 245,25 N se esta ↑então ela flutuará(parcialmente) 
P = mg = 215,82 N 
Pmax = V γ= 245,25 N -Atenção 
Prof. Dr. Ricardo Machado Leite de Barros – LIB – FEF - Unicamp 
 
BIBLIOGRAFIA 
 
MAGLISCHO, E. W. Nadando ainda mais rápido. São Paulo: Ed.Manole, 1999. 
HALL, S. Biomecânica Básica. São Paulo: Ed.Manole, 1999. 
WALKER, H. R. Fundamentos de Física. Rio de Janeiro: Ed LTC, volume 2, 
2001.