Conceitos da cinemática e cinética

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Conceitos da Cinemática e 
Cinética na Abordagem da 
Biomecânica na Fisioterapia 
 
Trabalho e máquinas simples. 
São máquinas que não reduzem a 
quantidade de trabalho realizado por nós, 
mas o torna mais fácil. 
Há 4 tipos de máquinas simples que são as 
bases das máquinas mecânicas do 
cotidiano e que são importantes para a 
fisioterapia: 
1. Planos inclinados; 
-Uma superfície inclinada que conecta 
um ponto mais elevado a um mais 
baixo. 
-Como auxiliam no trabalho: objetos 
são elevados ou abaixados. 
-Exemplos: degraus, rampa, escada 
rolante, declive. 
2. Alavancas; 
-Uma barra rígida que gira em torno 
de um ponto fixo (fulcro). 
- Como auxiliam no trabalho: levanta 
ou move cargas. 
-Exemplos: pá, quebra-nozes, 
gangorra, cotovelo, pinças, abridor de 
garrafas. 
3. Roda & Eixos; 
-Uma roda com uma vara, conectada a 
um eixo em seu centro: ambas as 
partes movem juntas. 
- Como auxiliam no trabalho: levanta 
ou move cargas. 
-Exemplos: maçaneta, apontador de 
lápis, bicicleta. 
4. Polias. 
-Uma roda sulcada com uma corda ou 
cabo ao seu redor. 
- Como auxiliam no trabalho: move 
objetos através, abaixo ou acima. 
-Exemplos: caminhão de reboque, 
mecanismo de persiana, guindaste. 
 
Alavancas 
Qualquer objeto rígido de forma alongada 
que roda em torno de um ponto fixo 
chamado de Fulcro. 
A rotação ocorre quando uma força é 
aplicada em um ponto da alavanca contra 
uma resistência localizada em algum outro 
ponto do sistema. 
A função de uma alavanca é dar uma 
vantagem. Essas vantagens podem: 
-Exercer mais força contra uma 
resistência que a força aplicada à alavanca, 
por exemplo: movendo uma pedra com 
uma alavanca. 
-Mover uma resistência para mais 
distante e mais rápido que o movimento 
no braço de força. 
 
Alavancas musculoesqueléticas 
No corpo, as forças internas e externas 
produzem torques por meio de um sistema 
de alavancas ósseas; 
Uma função da alavanca é converter uma 
força linear em torque rotatório; 
As forças mais importantes envolvidas nas 
alavancas musculoesqueléticas são aquelas 
produzidas por músculos, pela gravidade e 
pelo contato físico com o ambiente; 
O ponto de pivô, ou fulcro, está localizado 
na articulação. 
 
 
Articulação como um sistema de alavancas 
Classificação segundo a posição da 
resistência e da força em relação ao eixo. 
 CLASSE | - Interfixa (equilíbrio) 
 CLASSE || - Interesisternte (força) 
 CLASSE ||| - Interpotente 
(velocidade/ADM) 
 
ALAVANCAS de 1ª CLASSE 
Tem seu eixo de rotação entre as forças 
opostas; 
Dependendo das forças atuantes, pode 
favorecer o equilíbrio; 
Exemplo: aceno de cabeça. 
ALAVANCAS de 2ª CLASSE 
Seu eixo de rotação está localizado na 
extremidade (do osso); 
Vantagem Mecânica: o músculo ou força 
interna, apresenta maior alavancagem do 
que a força externa (resistência); 
A força externa (resistência) está localizada 
em algum ponto entre o eixo e a força 
interna; 
Favorece movimentos de força; 
Exemplo: elevar o calcanhar. 
 
ALAVANCAS de 3ª CLASSE 
Seu eixo de rotação está localizado na 
extremidade (do osso); 
A resistência ou força externa, apresenta 
maior alavancagem do que a força interna 
(músculos); 
A força interna é aplicada em algum ponto 
entre o eixo e a força externa; 
É a alavanca mais comum no sistema 
musculoesquelético; 
Vantagem de velocidade e ADM; 
Exemplo: ação do bíceps na flexão de 
cotovelo. 
Vantagem das Alavancas de 3ª Classe 
Como a alavanca de 3ª classe é a mais 
comum no corpo humano, muitos 
músculos são obrigados a produzir uma 
força muito maior do que a resistência 
aplicada pela carga externa; 
Esse design pode parecer falho, mas é 
absolutamente necessário, pois muitos 
movimentos requerem grandes ADM e 
velocidade; 
Se considerarmos o músculo deltoide ou 
supraespinhal, a VM ocorre na ordem de 
1/20 (VM = 0,05); 
Essa VM implica que o músculo deve 
produzir uma força 20 vezes maior do que 
o peso da carga externa; 
Porém devemos considerar que os 
músculos precisam se contrair somente 5% 
(1/20) da distância para que a carga seja 
elevada. 
A maioria dos sistemas musculares e 
articulares do corpo funciona com uma VM 
bem menor que 1; 
A distância e a velocidade do 
deslocamento da carga sempre excedem às 
da contração muscular; 
Uma velocidade linear alta na extremidade 
distal dos membros é necessária à geração 
de forças de contração maiores; 
Essas forças podem ser usadas para 
acelerar rapidamente os objetos segurados 
pelas mãos, como uma raquete de tênis ou 
uma bola de baseball. 
Vantagem mecânica 
É a relação ou proporção entre o braço de 
torque (braço de força) e o braço de 
resistência para uma dada alavanca. 
VM = Braço de força / Braço de resistência 
Uma força pode equilibrar ou mover uma 
grande resistência quando o braço de força 
é mais longo que o braço de resistência. 
Vantagem Mecânica nas Alavancas de 1ª Classe 
VM = BF/BR 
Vantagem Mecânica nas Alavancas de 2ª Classe 
VM > 1 
Vantagem Mecânica nas Alavancas de 3ª Classe 
VM < 1 
 
COMPENSAÇÃO ENTRE FORÇA E DISTÂNCIA 
Equação de equilíbrio de torques: 
 FM x BMI = FE x BME 
Podemos rearranjar a equação de modo 
que ela fica assim: 
 BMI / BME = FE x FM 
FM – Força Muscular 
 FE – Força Externa 
 BMI – Braço de Momento Interno 
BME – Braço de Momento Externo 
 
 
 
VANTAGEM MECÂNICA E COMPEENSAÇÃO 
ENTRE FORÇAS 
Em alavancas de 1ª classe, BMI/BME = 1; a 
equação de torque só é equilibrada quando 
FM = FE 
 
Em algumas alavancas de 1ª classe e em 
todas as de 2ª classe, BMI/BME > 1 - a 
equação de torque é equilibrada apenas 
quando FM é menor do que FE 
 
Em algumas alavancas de 1ª classe e em 
todas as de 3ª classe, BMI/BME < 1 - a 
equação de torque é equilibrada apenas 
quando FM é maior do que FE 
 
 
LEIS DE NEWTON: 
Princípios Fundamentais da Biomecânica 
Biomecânica é o estudo das forças que são 
aplicadas ao exterior e ao interior do corpo 
e a reação do corpo a essas forças. 
No século XVII, Sir Isaac Newton observou 
que as forças estavam relacionadas à 
massa e ao movimento em uma via muito 
previsível. 
Seu Philosophiae Naturalis Principia 
Mathematica (1687) forneceu as leis 
básicas e os princípios da mecânica que 
formam a pedra fundamental para 
entender o movimento humano. 
1ª Lei de Newton Lei da Inércia 
 Movimento Linear 
“Todo corpo continua em seu estado de 
repouso ou de movimento uniforme em 
uma linha reta, a menos que seja forçado a 
mudar aquele estado por forças aplicadas 
sobre ele” 
Uma força é necessária para começar, 
parar, diminuir ou aumentar a velocidade, 
ou para alterar a direção do movimento 
linear. 
Em repouso - permanece em repouso 
Em movimento - continua com velocidade 
e direção constantes, portanto sem 
aceleração 
Equilíbrio 
Implica em considerar que não é 
necessário que a força continue agindo 
sobre o corpo para que ele esteja em 
movimento. 
Não é intuitivo porque nos esquecemos de 
considerar a fricção e resistência do ar 
como as forças opostas. 
O “efeito final” de múltiplas forças é 
determinado pelo cálculo da força 
resultante. 
Se a força resultante = 0, o corpo está em 
equilíbrio. 
Movimento Rotacional 
Um corpo tende a permanecer em repouso 
em velocidade angular constante ao redor 
de um eixo de rotação a menos que levado 
a mudar seu estado por um torque 
externo. 
Um torque é necessário para começar, 
parar, diminuir ou aumentar a velocidade, 
ou para alterar a direção do movimento 
rotacional. 
Um corpo está em equilíbrio estático 
quando suas velocidades linear e rotacional 
são zero. 
Um corpo está em equilíbrio dinâmico 
quando sua velocidade linear e/ou 
rotacional não é zero, mas é constante. 
Em todos os casos de equilíbrio, as 
acelerações linear e rotacional do corpo 
são zero. 
Inércia 
Inércia está relacionada a quantidade de 
energia requerida para alterar a velocidadede um corpo; 
A inércia de um corpo é diretamente 
proporcional a sua massa. 
 Exemplo: mais energia é necessária para 
aumentar ou diminuir a velocidade de 
movimento de um halter de 7 kg do que 
um halter de 5 kg. 
Centro de Massa (CoM) 
Cada corpo tem um ponto chamado de 
centro de massa, sobre o qual sua massa é 
uniformemente distribuída em todas as 
direções. 
 
Quando exposto à gravidade, o CoM de um 
corpo coincide rigorosamente com o 
centro de gravidade. 
O CoM de um corpo humano na posição 
anatômica decai exatamente sobre a 
segunda vértebra sacral, mas a posição 
exata do CoM mudará se uma pessoa 
muda a posição do seu corpo. 
Além do corpo humano como um todo, 
cada segmento, tal como o braço ou o 
tronco, também tem um CoM definido. 
 
Os pontos pretos mostram o CoM de cada 
segmento do membro inferior e 
permanece fixo, aproximadamente no seu 
ponto médio Os pontos vermelhos 
mostram a localização do CoM da 
extremidade inferior inteira e eles se 
deslocam com a mudança na configuração 
espacial dos segmentos. 
Centro de Gravidade (CG) = Centro de 
Massa 
A localização do centro de massa 
determina o modo como o corpo responde 
às forças externas. O vetor força-peso se 
origina no centro de gravidade, ou seja, do 
ponto sobre o qual todas as partículas do 
corpo estão uniformemente distribuídas. 
Ele serve como uma referência do 
movimento do corpo como um todo. 
 
Momento de Inércia de Massa 
Momento de inércia de massa (MIM) de 
um corpo é a quantidade que indica sua 
resistência para uma mudança de 
velocidade angular.Ao contrário da Inércia, 
sua correspondente linear, o MIM depende 
não apenas da massa do corpo, mas 
principalmente da distribuição dessa massa 
em torno do eixo de rotação. 
Atletas controlam o MIM de seu corpo 
inteiro ao alterar a posição dos segmentos 
individuais do seu corpo em relação ao seu 
eixo. 
 
Reduzir o momento de inércia de massa do 
corpo resulta em uma velocidade angular 
aumentada. O conceito de MIM se aplica à 
reabilitação também. 
 Exemplo: O design de uma prótese, bem 
como o tipo de material usado, não apenas 
reduz a massa da prótese, mas também 
trás essa massa para uma região mais 
proximal da perna. 
 Como resultado, menos resistência é 
imposta no membro remanescente 
durante a fase de balanço da marcha, ou 
seja, reduz o MIM. 
 
2ª Lei de Newton Lei da Aceleração - 
Movimento Linear 
“A mudança de movimento é proporcional 
à força motora imprimida e é produzida na 
direção de linha reta na qual aquela força é 
aplicada” 
A aceleração linear de um corpo é 
diretamente proporcional à força que a 
causa, tomando a mesma direção na qual a 
força age e é inversamente proporcional à 
massa do corpo. 
É o princípio fundamental da dinâmica 
(Cinemática e Cinética). 
Sempre que existe aceleração, existe a 
aplicação de uma força ou torque sobre o 
objeto. A aceleração quebra o equilíbrio 
(inércia). 
Essa lei gerou a equação do cálculo da 
força: 
F = m . a 
Lei da Aceleração - Movimento Angular 
A correspondente rotacional ou angular da 
2ª lei de Newton diz que: 
Um torque causará uma aceleração angular 
de um corpo em volta de um eixo de 
rotação. 
A aceleração angular de um corpo é 
diretamente proporcional ao torque que o 
causa, toma a mesma direção que o torque 
assume e é inversamente proporcional ao 
MIM do corpo. 
 
3ª Lei de Newton Lei da Ação e Reação 
“Para cada ação existe uma reação de igual 
intensidade, porém em direção contrária” 
Dois corpos em contato exercem forças 
iguais e opostas entre si. 
Força de Reação do Solo e Força de Reação 
Articular 
É a força de reação fornecida pela 
superfície na qual uma pessoa está 
andando ou parada de pé. 
O pé produz uma força contra o solo e este 
por sua vez, gera uma força de reação na 
direção oposta, mas de mesma magnitude.