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1 FACULDADE ÚNICA DE IPATINGA 2 Marcelo Guimarães Silva (2019 - atual) Pós-Doutorado em Engenharia Mecânica/Ciências – UNESP). (2012 - 2016) Doutorado em Engenharia Mecânica/Ciências – UNESP). (2010 - 2012) Mestrado em Engenharia Mecânica/Ciências – UNESP). Professor Universitário (Graduação e Pós- Graduação). Revisor e Parecerista ad-hoc de Periódicos nas áreas da Saúde e Engenharias. Atuação na Produção e Revisão de Conteúdos em EaD na área da Educação Física – Esportes, Educação e Saúde. BIOMECÂNICA E CINESIOLOGIA 1ª edição Ipatinga – MG 2022 3 FACULDADE ÚNICA EDITORIAL Diretor Geral: Valdir Henrique Valério Diretor Executivo: William José Ferreira Ger. do Núcleo de Educação a Distância: Cristiane Lelis dos Santos Coord. Pedag. da Equipe Multidisciplinar: Gilvânia Barcelos Dias Teixeira Revisão Gramatical e Ortográfica: Izabel Cristina da Costa Revisão/Diagramação/Estruturação: Bárbara Carla Amorim O. Silva Bruna Luiza Mendes Leite Carla Jordânia G. de Souza Guilherme Prado Salles Rubens Henrique L. de Oliveira Design: Brayan Lazarino Santos Élen Cristina Teixeira Oliveira Maria Eliza Perboyre Campos Taisser Gustavo de Soares Duarte © 2021, Faculdade Única. Este livro ou parte dele não podem ser reproduzidos por qualquer meio sem Autorização escrita do Editor. Ficha catalográfica elaborada pela bibliotecária Melina Lacerda Vaz CRB – 6/2920. NEaD – Núcleo de Educação a Distância FACULDADE ÚNICA Rua Salermo, 299 Anexo 03 – Bairro Bethânia – CEP: 35164-779 – Ipatinga/MG Tel (31) 2109 -2300 – 0800 724 2300 www.faculdadeunica.com.br http://www.faculdadeunica.com.br/ 4 Menu de Ícones Com o intuito de facilitar o seu estudo e uma melhor compreensão do conteúdo aplicado ao longo do livro didático, você irá encontrar ícones ao lado dos textos. Eles são para chamar a sua atenção para determinado trecho do conteúdo, cada um com uma função específica, mostradas a seguir: São sugestões de links para vídeos, documentos científicos (artigos, monografias, dissertações e teses), sites ou links das Bibliotecas Virtuais (Minha Biblioteca e Biblioteca Pearson) relacionados com o conteúdo abordado. Trata-se dos conceitos, definições ou afirmações importantes nas quais você deve ter um maior grau de atenção! São exercícios de fixação do conteúdo abordado em cada unidade do livro. São para o esclarecimento do significado de determinados termos/palavras mostradas ao longo do livro. Este espaço é destinado para a reflexão sobre questões citadas em cada unidade, associando-o a suas ações, seja no ambiente profissional ou em seu cotidiano. 5 SUMÁRIO INTRODUÇÃO À BIOMECÂNICA E CINESIOLOGIA ............................. 8 1.1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................... 8 1.2 CONCEITOS BÁSICOS DA BIOMECÂNICA E CINESIOLOGIA ............................. 9 1.3 PLANOS E EIXOS ANATÔMICOS ......................................................................... 12 1.4 CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DOS MOVIMENTOS .............................................. 17 FIXANDO CONTEÚDO .......................................................................................... 24 CINEMÁTICA LINEAR ..................................................................................... 28 2.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 28 2.2 SISTEMA DE REFERÊNCIA E FATORES TEMPORAIS DO MOVIMENTO ................... 29 2.3 POSIÇÃO, DESLOCAMENTO, VELOCIDADE E ACELERAÇÃO DE UM CORPO NO ESPAÇO ....................................................................................................................... 30 2.4 CINEMÁTICA NOS ESPORTES .................................................................................... 33 2.4.1 Movimentos da corrida ................................................................................................35 2.4.2 Movimento do salto ......................................................................................................37 2.4.3 Movimento dos arremessos ........................................................................................38 FIXANDO CONTEÚDO ............................................................................................... 41 CINEMÁTICA ANGULAR ............................................................................... 45 3.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 45 3.2 MEDIDAS E TIPOS DE ÂNGULOS ............................................................................... 46 3.3 REPRESENTAÇÃO VETORIAL DO MOVIMENTO ANGULAR .................................... 50 3.4 RELAÇÃO ENTRE MOVIMENTO LINEAR E ANGULAR .............................................. 54 FIXANDO CONTEÚDO ............................................................................................... 59 CINÉTICA LINEAR ............................................................................................. 63 4.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 63 4.2 COMPOSIÇÃO E RESOLUÇÃO DE FORÇAS ........................................................... 64 4.3 CARACTERÍSTICAS E TIPOS DE FORÇA ................................................................... 72 4.4 LEIS DE MOVIMENTO DE NEWTON ........................................................................... 77 FIXANDO CONTEÚDO ............................................................................................... 81 CINÉTICA ANGULAR ...................................................................................... 86 5.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 86 5.2 TORQUE, CENTRO DE MASSA E DE GRAVIDADE .................................................... 87 5.2.1 Torque ................................................................................................................................87 5.2.2 Centro de massa e de gravidade .............................................................................93 5.3 SISTEMA DE ALAVANCAS DO CORPO HUMANO .................................................. 96 5.4 MOMENTO ANGULAR E DE INÉRCIA ..................................................................... 101 FIXANDO CONTEÚDO ............................................................................................. 106 UNIDADE 01 UNIDADE 02 UNIDADE 03 UNIDADE 04 UNIDADE 05 6 INSTRUMENTAÇÃO EM BIOMECÂNICA................................................ 111 6.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 111 6.2 CINEMETRIA, DINAMOMETRIA, ANTROPOMETRIA E ELETROMIOGRAFIA ......... 112 6.2.1 Cinemetria ......................................................................................................................112 6.2.2 Dinamometria ...............................................................................................................113 6.2.3 Antropometria...............................................................................................................114 6.2.4 Eletromiografia ..............................................................................................................1156.3 ANÁLISE DOS MOVIMENTOS DA MARCHA HUMANA, CORRIDA, SALTOS E ARREMESSOS ............................................................................................................ 115 6.3.1 Movimentos da marcha ............................................................................................115 6.3.2 Ciclo da marcha ..........................................................................................................116 6.3.3 Movimentos da corrida ..............................................................................................118 6.3.4 Movimento dos saltos .................................................................................................119 6.3.5 Movimento dos arremessos ......................................................................................120 6.4 ESTUDO DA APLICAÇÃO PRÁTICA DA INSTRUMENTAÇÃO EM BIOMECÂNICA E CINESIOLOGIA ...................................................................................................... 121 FIXANDO CONTEÚDO ............................................................................................. 125 RESPOSTAS DO FIXANDO O CONTEÚDO ............................................. 129 REFERÊNCIAS ................................................................................................... 130 UNIDADE 06 7 CONFIRA NO LIVRO A Unidade I apresenta a introdução à Biomecânica e Cinesiologia, a fundamentação teórica de ambas as áreas e o contexto histórico. Além do mais, esta Unidade tem como objetivo analisar os Planos e Eixos do Corpo Humano e as classificações/tipos de movimentos. A Unidade II destaca a importância da Cinemática Linear, por meio da verificação dos seus elementos: sistemas de referência, fatores temporais do movimento, posição, deslocamento, velocidade e aceleração de um corpo no espaço. Na Unidade III o foco será direcionado à Cinemática Angular, em que diferentes elementos serão analisados, a destacar: medidas e tipos de ângulos, representação vetorial do movimento angular e a relação entre movimento linear e angular. A Unidade IV traz um panorama global acerca da Cinética Linear, em que os diferentes componentes de uma força serão investigados. Neste caso, a composição e resolução de forças, além das características e tipos de força, associadas às Leis de movimento de Newton. A Unidade V tem como finalidade apresentar os conceitos e a aplicabilidade prática da física. Torque, Centro de Massa e de Gravidade; Sistema de Alavancas do Corpo Humano; e Momento Angular e de Inércia aplicados à análise do movimento humano. Na Unidade VI o objetivo será mostrar as diferentes áreas de investigação e instrumentação em Biomecânica, bem como, identificar como podem contribuir à análise de movimentos do cotidiano, atividades laborais, lazer e esportes. 8 INTRODUÇÃO À BIOMECÂNICA E CINESIOLOGIA 1.1 INTRODUÇÃO A biomecânica e a cinesiologia por vezes se confundem, uma vez que a fundamentação teórica e os conceitos se assemelham em determinados aspectos, embora na prática, essa aplicabilidade apresente algumas diferenças, como pode ser visto, por exemplo, na análise de um movimento. A biomecânica está associada às leis da física, e se apoia nos princípios da mecânica clássica para analisar o movimento humano, em geral. Por outro lado, temos a cinesiologia, cujo foco de investigação está centrado no movimento humano, a partir de conceitos e da fundamentação dos princípios estabelecidos em duas áreas de investigação: a anatomia e a fisiologia humana que se complementam e são fundamentais nesse processo, podendo ser aplicados para a análise do movimento, em diferentes ambientes e condições. De fato, ao tratarmos dessas áreas, é importante entendermos suas participações ao longo da história, as quais permitiram contribuir para o aperfeiçoamento de ambas as áreas, fundamentando-as, como ciências responsáveis pela análise do movimento humano em sua integralidade. Tendo em vista os princípios adotados pela biomecânica e cinesiologia, diversos parâmetros e variáveis, que estão ligados ao movimento em si, puderam ser investigados de forma mais eficaz, como por exemplo, a cinemática e a cinética, que serão abordadas ao longo do livro. É importante observar que tanto a biomecânica, quanto a cinesiologia possuem como interesse o mesmo objeto de estudo, neste caso, o corpo humano. Neste sentido, o profissional de Educação Física que apresenta conhecimentos básicos nessas áreas será, sem dúvidas, um diferencial no mercado de trabalho, haja vista a escassez de informações que, muitas vezes, o cliente, /aluno, e paciente têm acesso, no que tange à compreensão do corpo, mais especificamente, no movimento de forma global. Neste capítulo você verá um pouco mais acerca da biomecânica e UNIDADE 01 olima Realce olima Realce olima Realce olima Realce olima Realce olima Realce olima Realce olima Realce olima Realce olima Realce olima Realce 9 cinesiologia, desde a fundamentação, conceitos, até suas aplicabilidades práticas, como áreas importantes a serem investigadas no que tange à análise do movimento humano, aplicados em diferentes condições e ambientes. 1.2 CONCEITOS BÁSICOS DA BIOMECÂNICA E CINESIOLOGIA De acordo com Dobler (2003), em definições gerais, o termo Cinesiologia tem origem do grego (kinein = movimento; logos = estudo) e significa “estudo do movimento”, ou seja, trata-se da área da ciência que estuda os movimentos a partir dos princípios básicos da fisiologia, da física e da geometria em relação aos movimentos do corpo humano, baseando-se em princípios da mecânica, do aparelho locomotor e da fisiologia neuromuscular. De acordo com Amadio e Serrão (2011), a biomecânica tem como contribuição permitir que o movimento seja investigado por meio de princípios e leis da física (mecânica clássica - Leis de Newton), que trabalham de forma integrada ao estudo dos organismos vivos, do aparelho locomotor. Portanto, é uma área considerada por esses autores como multidisciplinar, devido às suas características de análise que envolvem diferentes aspectos de áreas que interagem entre si. E complementando, Nigg e Herzog (1994) destacam a biomecânica como a ciência responsável por examinar os efeitos da ação das diferentes forças que atuam sobre um determinado organismo. Devido à curiosidade de muitos pensadores em relação ao comportamento e locomoção animal, ao funcionamento de gestos tão complexos e funcionais, as dúvidas sobre o andar, o marchar, o nadar o voar, do homem e de outros animais, Enoka (2000) e Hamill et al. (2016) destacam que deu-se início aos estudos relacionados à cinesiologia e sua intrínseca relação com a antropologia. olima Realce olima Realce olima Nota olima Realce olima Realce 10 O Quadro 1 mostra os principais pensadores de cada período e sua contribuição acerca do estudo da biomecânica e cinesiologia. Quadro 1: Principais autores/pensadores/filósofos e suas respectivas contribuições acerca do estudo da biomecânica e cinesiologia. Autor (Período) Principal(is) contribuição(ões) Aristóteles (384-322 a.C.) Responsável por estudar o corpo humano a partir dos princípios da anatomia (Grécia Antiga). Iniciou seus estudos investigando o movimento associado aos animais em geral, onde analisou diversos aspectos associados à física, e também às leis mecânicas, conforme preconizado pela biomecânica/cinesiologia. Arquimedes (287-212 a.C.) Na Grécia Antiga merece destaque, assim como Aristóteles, o filósofo chamado Arquimedes (287-212 a.C.) investigou os princípios hidrostáticos, mais especificamentereferentes à flutuação dos corpos. É considerado um dos primeiros investigadores responsáveis em associar estudos envolvendo as leis da alavanca e também o centro de gravidade, para analisar o movimento humano. Cláudio Galeno (131- 202 d.C.) Responsável por iniciar o estudo dos movimentos dos seres humanos. Seus estudos tornaram-se notórios pelo fato de investigar os princípios, mesmo que ainda rudimentares, das ações e contrações musculares, e permitiram identificar os diferentes tipos de articulações encontradas no corpo humano, a saber: diartrose, anfiartrose e sinartrose. Leonardo da Vinci (1452-1519) Demonstrou enorme interesse pelo corpo humano no que tange à estrutura. E desta maneira, estendeu seus conhecimentos para melhor compreender o processo de seu funcionamento no que diz respeito ao desempenho e à relação entre os seguintes parâmetros: Centro de gravidade, Equilíbrio e Centro de resistência. Pesquisas prévias apontam Da Vinci como o primeiro a descrever cientificamente a marcha humana. Vale destacar, ainda, que ele teve enorme contribuição nos estudos da biomecânica e da cinesiologia, por meio da inserção de conceitos físicos, dentre os quais: componentes vetoriais de força e coeficientes de fricção e aceleração, os quais permitiram investigar o movimento sob diferentes perspectivas. Galileu Galilei (1464-1563) Galileu estabeleceu sua investigação a partir de cálculos matemáticos deduzidos através do movimento humano, utilizando dentre as variáveis: o tempo (expresso em segundo, minuto, hora etc.); o espaço (expresso em centímetro, metro, quilômetro etc.); e ainda, a velocidade (expressa em m/s, km/h etc.). Foi considerado um dos principais responsáveis pela mecânica clássica, mais precisamente dos princípios da cinemática linear e angular. Alfonso Borelli (1608- 1679) Um dos discípulos de Galileu, foi mais um a utilizar o modelo físico- matemático de Galileu à Medicina. Destaca-se o fato histórico de que Borelli foi o primeiro a escrever um livro que tratou de forma direta do estudo/efeito das diferentes alavancas sobre o sistema musculoesquelético, conhecido como “bioalavancas”. Além do mais, esse autor trabalhou de forma direta a biomecânica da respiração, definindo a partir de princípios cientificamente comprovados, a inspiração, classificada como um processo ativo (dependente de ação muscular) e a expiração como um processo passivo (dependente da elasticidade do tecido), o que corroborou para uma melhor compreensão acerca da fisiopatologia respiratória, até então, ainda não investigada. 11 Isaac Newton (1643-1727) Considerado o grande nome da história na cinesiologia e biomecânica, marcou seu legado, a partir dos princípios ou leis do movimento: 1ª Lei da Inércia – Trata de situações em que um corpo tende a manter- se em repouso ou em movimento constante, dependendo da ação das forças externas sobre o mesmo, capazes ou não de movê-lo; 2ª Lei do Movimento – Conhecida como “Princípio Fundamental da Dinâmica”, estabelece a relação entre a proporção da força aplicada e a direção da ação; 3ª Lei da Ação-Reação – Diz que para cada ação existe uma reação, com mesma intensidade e direção, porém, em sentido contrário. De fato, as leis de Newton permitiram estabelecer-se de forma evidente a relação entre a cinesiologia/biomecânica e a mecânica, e ainda, causou uma “revolução” em áreas, dentre as quais: ciências exatas e biológicas (ENOKA, 2000; NIGG e HERZOG, 1994). James Keill (1674-1719) Também teve um importante papel na área da cinesiologia, e também da biomecânica. Considerado o pioneiro no que tange a sua preocupação em direcionar seus estudos e investigações direcionados ao processo de contração muscular. Keill estabeleceu a relação entre a quantidade de fibras musculares e a contração muscular, as unidades motoras e o recrutamento de fibras musculares-esqueléticas, responsáveis pela contração muscular, e produção do movimento. Hunter (1728-1793) Anatomista e cirurgião britânico, contribuiu para evolução do conhecimento do movimento humano. Hunter voltou suas atenções a fim de investigar aspectos importantes na relação estrutura e potência muscular (HAMILL et al., 2012; RASCH e BURKE, 2003). Duchenne (1806-1875) Suas contribuições voltaram-se à compreensão acerca dos efeitos da eletricidade no corpo humano. A partir dos princípios que estabeleceu, é considerado “pai da eletrofisiologia”, um dos grandes responsáveis pela biomecânica moderna (HAMILL et al., 2016; RASCH e BURKE, 2003). Eduard Weber (1795-1881) e Wilhelm Weber (1804-1891) Eduard Weber, físico alemão (1795-1881) e Wilhelm Weber, anatomopatologista (1804-1891), utilizaram a cronofotografia para investigação da marcha, tendo como base os princípios estabelecidos pela mecânica clássica, mais especificamente, das leis de Newton (RASCH e BURKE, 2003). Étienne-Jules Marey (1830-1904) Inventor e cronofotógrafo, deu sequência aos estudos iniciados pelos irmãos Weber. Marey utilizou a cinematografia como base de sua investigação, e por meio dos seus inventos na cronofotografia, pôde analisar a velocidade da marcha, bem como alguns mecanismos básicos para análise da força, a partir da fragmentação das imagens, através de quadros, mais conhecidos atualmente como “frames” (ENOKA, 2000; RASCH e BURKE, 2003). Eadweard Muybridge (1830-1904) Considerado o responsável em inserir a análise do movimento de animais e humanos, por meio de técnicas da cinemetria através de múltiplas câmeras. De fato, assim como seus antecessores, apoiou-se na análise das imagens, do movimento, porém nos princípios da cinemetria, o que lhe permitiu identificar aspectos mais variados do movimento, se comparado a Marey, por exemplo. Wilhekm Braune (1831-1892) e Otto Fischer (1889-1906) Christian Wilhekm Braune (1831-1892), anatomista alemão, e Otto Fischer (1889-1906), fisiologista e matemático alemão, utilizaram os conceitos da mecânica clássica newtoniana que permitiu-lhes levantar dados relacionados à cálculos das forças em algumas articulações, embora uma estimativa destes, tornou-se um dos métodos mais confiáveis na época, e pode ser aplicado até os dias atuais. Implementaram a reconstrução tridimensional das imagens a partir de registros bidimensionais combinados, tendo como base o que foi apresentado por Marey e Muybridge, anos antes (ENOKA, 2000; HAMILL et al., 2016). 12 Nikolai Bernstein (1940) Neurofisiologista soviético, é considerado um dos pioneiros no que tange aos estudos acerca da biomecânica desenvolvida, de fato, como ciência estabelecida. Buscou nessa relação, compreender melhor a coordenação e regulação entre o movimento humano e o funcionamento do sistema nervoso. De fato, seus estudos permitiram entender o movimento como algo integrado, e dependente da interação de muitos sistemas que atuam em cooperação. Estabeleceu ainda, o que conhecemos até hoje como “sistema hierárquico” do movimento, o qual mostra o sistema nervoso tendo o controle principal do movimento, e neste caso, os níveis mais elevados ativam os níveis mais baixos, que ativam as sinergias e, consequentemente, geram o movimento (ENOKA, 2000; SHUMWAY-COOK e WOOLLACOTT;1995). Fonte: Adaptado pelo Autor (2021) Atualmente, muitos estudos estão sendo feitos envolvendo a cinesiologia com a psicologia, associados a fatores socioambientais, culturais, motivacionais, entre outros, com fins terapêuticos. Compreender a biomecânica moderna como área fundamental para análise do movimento humano deve ser preconizado, tendo em vista os mais diversos recursos provenientes do avanço tecnológico, em que o uso de computadores, softwares especializados, plataformas de força, células de carga sensíveis,entre outros, tornam-se elementos cada vez mais frequentes. De acordo com as expectativas nessa área, em um futuro próximo, novos avanços surgirão completando assim, novos conhecimentos dentro da cinesiologia e biomecânica. 1.3 PLANOS E EIXOS ANATÔMICOS De fato, os movimentos são complexos, em sua grande maioria, e podem ser realizados em diversas direções, tornando-se fundamental para a sua correta compreensão, portanto, estabelecer pontos de referência. Houglum e Bertoti (2014) destacam a importância que deve ser dada à compreensão do movimento humano, a partir da análise dos mesmos sob uma perspectiva associada aos planos e eixos anatômicos. Logo, cabe aos profissionais de Educação Física estarem atentos a este aspecto, que pode ser adotado como referência nas análises, independente do ambiente e/ou situação, por exemplo. Portanto, é por meio da localização dos segmentos corporais, o que inclui os graus de liberdade articulares e estabelecimento de limites ao movimento (planos e eixos) em que podem atuar, e torna-se cada vez mais necessária a inclusão desses aspectos biomecânicos na estruturação de programas de atividades e exercícios físicos de acordo com a (s) necessidade (s) do indivíduo. 13 No intuito de facilitar a compreensão conceitual dos planos e eixos anatômicos faz-se necessário compreender, primeiramente, a posição anatômica e, consequentemente, os termos direcionais anatômicos. Neste sentido, é essencial para que a interpretação dos movimentos em seus respectivos planos e eixos seja feita corretamente, conforme apresentados na Figura 1 e, de fato, vale destacar que as direções anatômicas sinalizam a posição de uma parte específica do corpo em relação a outra. Figura 1: Posição e Direções anatômicas Fonte: Floyd (2016, p. 2) A seguir, serão apresentadas algumas definições importantes acerca do movimento humano, em geral, de acordo com Tortora e Derrickson (2019): Posição Anatômica - A posição anatômica é universalmente descrita como uma posição ereta vertical, em que os pés permaneçam levemente separados. Os braços permanecem pendentes, ao lado do corpo, de forma relaxada. As palmas das mãos devem estar, todavia, voltadas para frente. Posição Fundamental – Pode ser considerada similar à posição anatômica, entretanto, neste caso, os braços permanecem relaxados ao longo do corpo, com as palmas voltadas para o tronco e não para frente. Centro de Gravidade (CG) – É classificado como o ponto (estimativa) sobre o qual a massa corporal está uniformemente distribuída, aspecto que tende a gerar um estado de equilíbrio entre os segmentos corporais. 14 Tendo em vista que o corpo humano é capaz de mover-se em três planos, conhecidos como planos cardinais, conforme mostra a Figura 2, temos os três eixos em torno dos quais esses planos fazem rotação são chamados de eixos: x, y e z. A Figura 2 mostra, de forma clara, esses eixos x, y, z e os respectivos planos anatômicos. De acordo com Floyd (2006) esses planos são representados por linhas fixas de referência ao longo das quais o corpo se divide, em que cada um dos planos está associado a um ângulo reto ou perpendicular com dois planos (90º). Neste sentido, tempos o eixo x, ou medial-lateral, é aquele que corre de uma lateral à outra e se localiza no plano sagital; o eixo y, ou anterior-posterior, que corre da frente para trás e está no plano coronal; e ainda, o eixo z, ou vertical, que corre de cima para baixo e está no plano transverso (FLOYD, 2006; MCGINNIS, 2015). A localização do CG varia não somente pelas diferenças encontradas na estrutura anatômica do indivíduo, mas também de gênero, em que há uma tendência que as mulheres possuam seu centro de gravidade mais baixo, se comparadas aos homens, muito devido à distribuição corporal, tendo em vista que o centro de gravidade, em teoria, localiza-se a mais ou menos 4 centímetros à frente da primeira vértebra sacra. Figura 2: Planos e eixos de rotação dos movimentos Fonte: Floyd (2016, p. 6) (A) plano sagital - eixo frontal; (B) plano frontal - eixo sagital; (C) plano transverso - eixo vertical. 15 É importante destacar que as ações do ser humano, que vão desde aquelas do cotidiano até as esportivas, ocorrem a partir de uma combinação de planos, portanto, não se limitam à movimentos articulares somente nos planos sagital, frontal ou transverso, conforme descreve Tortora e Derrickson (2019). É importante evidenciar que existe o plano diagonal ou oblíquo, muito comum em movimentos esportivos, pois trata-se da combinação de dois ou mais planos num mesmo gesto ou ação motora. Floyd (2016) e McGinnis (2015) trazem além da descrição, alguns exemplos de aplicação prática dos movimentos e/ou ações motoras, que podem ser executados a partir dos planos e eixos anatômicos descritos nesta seção, conforme você verá a seguir: Plano sagital, secciona o corpo no sentido anteroposterior (AP), dividindo-o em partes laterais simétricas, direita e esquerda. E em relação ao eixo, movimentos nesse plano possuem ponto de rotação em um eixo perpendicular a esse plano que atravessa do lado medial do corpo para o lado lateral do corpo. Destacam-se alguns exemplos importantes que são realizados neste plano, tais como: flexão e extensão. Plano frontal, secciona o corpo humano, em sentido lateral, dividindo-o em partes anterior e posterior. Os movimentos que ocorrem no plano frontal são aqueles associados ao afastamento ou aproximação do segmento da linha medial corporal: abdução e adução; desvio ulnar e radial; flexão lateral ou inclinação. Plano transverso, secciona o corpo humano em partes superior (ou cefálica) e inferior (ou caudal). Esse eixo fica perpendicular ao plano transverso em uma direção cefalocaudal, sendo referido em física como eixo y e, em cinesiologia, como eixo superior-inferior, vertical ou longitudinal. Nesse plano/eixo temos os seguintes movimentos: rotação medial e lateral; pronação e supinação; eversão e inversão. Plano diagonal (oblíquo), combina mais de um plano de movimento. Embora esteja mais presente em movimentos associados às práticas esportivas, podem ser vistos em ações do cotidiano, ou mesmo laborais. São executados em algum ponto paralelo e/ou perpendicular aos planos sagital, frontal ou transverso, ocorrendo no plano diagonal ou oblíquo. 16 A relação entre os planos de movimento e seus respectivos eixos de rotação podem ser vistos no quadro a seguir. Quadro 2: Planos de movimentos e seus respectivos eixos de rotações Plano Descrição do Plano Eixo de rotação Descrição do Eixo Movimentos comuns Sagital (AP) Divide o corpo em direita e esquerda Frontal (coronal, lateral ou mediolateral) Movimenta no sentido medial/ lateral Flexão, extensão Frontal (coronal ou lateral) Divide o corpo anterior e posterior Sagital (AP) Movimenta no sentido anterior/ posterior Abdução, adução Transverso (axial ou horizontal) Divide o corpo em superior e inferior Vertical (Longitudinal ou longo) Movimenta no sentido superior/ inferior Rotação medial, rotação lateral Fonte: Adaptado de Floyd (2016) e Lippert (2018) Floyd (2016) descreve a ação do movimento tendo em vista o plano em que está sendo executado tal movimento. Neste sentido, é importante destacar que para que o movimento ocorra em um determinado plano, a articulação deve mover-se ou girar em torno de um eixo, bem como estabelecer uma relação perpendicular ou de 90° com este mesmo plano. Você verá a seguir uma breve descrição acerca dos eixos e seus respectivos movimentos. Eixo frontal está relacionado aos movimentos que acontecem lateralmente. Nestecaso, trata-se de um eixo identificado, por exemplo, na flexão e extensão do cotovelo, bem como na flexão do cotovelo quando o antebraço faz um movimento giratório em torno de um eixo frontal, que se movimenta de uma extremidade lateral à outra, ambos sendo realizados no plano sagital (FLOYD, 2016). 17 Eixo sagital ocorre no plano frontal, coronal ou lateral, em que o segmento gira em torno do eixo sagital que, por sua vez, acompanha a mesma direção do plano de ação sagital. Trata-se de um deslocamento da parte anterior ou ventral em sentido posterior ou dorsal, formando um ângulo de 90°, ou perpendicular, com o plano frontal de movimento (FLOYD, 2016). Um exemplo que ocorre na prática é quando o segmento corporal se afasta ou se aproxima da linha média do corpo, no caso, a abdução e/ou adução de ombros. Eixo vertical é projetado do cume da cabeça, formando um ângulo de 90°, ou perpendicular, com o plano de ação transverso. Floyd (2016) menciona um movimento clássico que representa esse eixo, o movimento do “não”, quando a cabeça “roda” da esquerda para a direita, tanto o crânio quanto as vértebras cervicais giram em torno de um eixo descendente e verticalizado pela coluna vertebral. E por fim, o eixo diagonal ou oblíquo se move em um ângulo de 90°, ou perpendicular, com o plano diagonal. Quando a articulação glenoumeral faz abdução diagonal para adução diagonal, como acontece nos arremessos superiores ao nível da cabeça, seu eixo corre perpendicular em relação ao plano, através da cabeça do úmero (FLOYD, 2016). 1.4 CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DOS MOVIMENTOS Os avanços sobre o conhecimento do movimento do corpo humano, assim como o estudo da estrutura e da função do sistema musculoesquelético, combinados com um conjunto de conceitos sobra anatomia, fisiologia, física, antropologia, matemática e mecânica, evoluem para uma aplicação mais ampla no campo da biomecânica, bem como da cinesiologia. Winter (1990) destaca a biomecânica como a área que investiga aspectos ligados à mecânica no corpo humano, em que as causas e efeitos do movimento são o principal objeto de estudo. Destaca-se ainda o fato de que essas investigações se apoiam em modelos físico- matemáticos. 18 Na prática, os estudos em biomecânica podem ser realizados sob duas vertentes, a destacar: a biomecânica qualitativa (quando as análises envolvem observação e descrição da mecânica do movimento); e ainda, a biomecânica quantitativa (realizando alguma medida objetiva mecânica do gesto motor). Os conceitos da mecânica são muito importantes quando estudamos o movimento humano. Mecânica é o ramo da física que estuda as ações de forças sobre partículas e sistemas mecânicos, e pode ser dividida em mecânica estática e mecânica dinâmica. Podemos destacar aqui a mecânica estática, que aborda os sistemas que estão em um estado constante, ou em equilíbrio; e a mecânica dinâmica, que trata de sistemas que estão submetidos às mudanças de estados (velocidade, aceleração, etc.), que geram modificação do corpo no espaço (HOUGLUM e BERTOTI, 2014). A mecânica pode ser dividida em outras áreas que ajudam em seu entendimento: a cinética, que examina forças que agem sobre um sistema, como o corpo humano ou qualquer objeto, e define as forças que provocam um movimento ou resistem a ele; e a cinemática, uma importante área da biomecânica, responsável por descrever o movimento sem preocupar-se com as causas que levaram o mesmo a ocorrer, neste caso, desprezando-se a influência das forças ou torques envolvidos, pois privilegia a análise do movimento a partir de perspectivas espacial e temporal, atentando-se à velocidade, deslocamento e aceleração do corpo no espaço. Vale destacar que a cinemática leva em consideração diversos descritores como tipo, direção e quantidade de movimento. A quantidade de movimento pode ser analisada em relação à quantidade de distância linear que um corpo ou segmento se desloca. Cinematicamente o movimento humano é caracterizado pela posição e o movimento do segmento corporal, incluindo articulações, sua relação umas com as outras e com o ambiente externo, destacando o movimento de um único ponto no corpo, a posição de diversos segmentos em um membro, bem como a posição ou os movimentos de uma única articulação e de suas superfícies articulares adjacentes. A cinemática utiliza o sistema bidimensional e tridimensional, o mesmo usado na matemática e na física, com a finalidade de relatar a orientação do corpo e seus segmentos no espaço, identificando e prevendo o movimento do corpo e seus segmentos. A cinemática pode ser subdividida em dois importantes tópicos de acordo com o foco específico do movimento: a osteocinemática, que analisa o 19 comportamento dos ossos durante os movimentos nos três planos de movimento e a artrocinemática, que estabelece o comportamento mecânico das superfícies articulares durante os movimentos (HAMILL et al., 2016). A análise mecânica do movimento pode ser dividida em movimento linear ou movimento angular. De forma geral, o movimento linear é aquele que ocorre a partir de um movimento de translação, podendo este ser executado ao longo de uma via curva ou reta, realizado quando todas as partes do corpo percorrem exatamente a mesma direção e velocidade. No ambiente de trabalho, por exemplo, o movimento realizado pelo trabalhador para levantar uma carga pode ser analisado sob uma perspectiva da linearidade, cujo foco é direcionado em verificar a direção, a trajetória e a velocidade do movimento do corpo no espaço. É importante identificar as sobrecargas mecânicas que atuam em um movimento, ou ainda das posturas adotadas durante um movimento qualquer, tendo em vista que essa má postura poderá interferir negativamente na estrutura como um todo. O movimento angular é o que ocorre ao redor de algum ponto em diferentes regiões, realizado quando um corpo se move ao redor de uma linha central imaginária (eixo de rotação), perpendicular ao plano de movimento. De acordo com Lippert (2018) esses movimentos podem ocorrer, sobretudo, na coluna, em que movimentos de rotação são frequentes. Como exemplos, destacamos: no ambiente laboral, quando o trabalhador precisa levantar diferentes cargas, o que pode gerar ao longo de um período, maior estresse do membro superior, levando-o muitas vezes a adotar uma postura incorreta para realizar o movimento, a fim de gerar uma “falsa supercompensação”. Em geral, a maior parte dos movimentos que acontecem no corpo humano é angular, enquanto os movimentos em sentido externo ao corpo tendem a ser lineares. É bastante comum observar as duas formas de movimento, angular e linear, acontecendo simultaneamente, ou seja, quando um objeto considerado “no todo” se move de forma linear e as suas partes se movem de forma angular. E ainda, de acordo com Lippert (2018), temos os movimentos combinados, como ocorre, por exemplo, na marcha humana, em que considera-se o corpo inteiro executando movimentos lineares, exceto os quadris, joelhos e tornozelos, que realizam movimentos angulares, o que é caracterizado como a combinação de movimentos para a execução de uma ação e/ou gesto motor. Outro exemplo de movimentos lineares e angulares está no arremesso de uma 20 bola de beisebol, em que o indivíduo que arremessa a bola faz movimentos angulares no membro superior, e a bola faz um percurso curvilíneo. Entretanto, é importante destacar que a escápula faz elevação/abaixamento e protrusão/retração como forma linear de movimento. Já a clavícula, articulada com a escápula, faz movimento angular a partir da articulação esternoclavicular (LIPPERT, 2018; MCGINNIS, 2015). Os movimentos podem ser analisados pelo seu deslocamento e pelo movimentolinear. Quando isto acontece, podemos utilizar duas formas de mensuração, que são os ângulos relativos e os ângulos absolutos: Ângulos relativos: São os ângulos mensurados na articulação. Não descrevem a posição de um segmento no espaço e são mais utilizados em avaliações clinicas. Ângulos Absolutos: Definem o ângulo de inclinação de um segmento do corpo. Eles descrevem a orientação no espaço, pois possuem uma referência fixa. São utilizados em avaliações biomecânicas. As articulações possuem diversas possibilidades de movimentos. Floyd (2016) e Lippert (2018) descrevem a importância de analisar as ações que acontecem em torno dos eixos articulares, e, portanto, atravessam seus planos. Neste sentido, Lippert (2018) destaca que as articulações podem ser divididas em três tipos básicos, conforme você verá a seguir: 1. Fibrosas, são aquelas que possuem uma pequena separação com tecido conjuntivo fibroso e não apresentam cavidade articular. Destaca-se o fato de que a mobilidade dessa articulação é bastante reduzida ou inexistente, apresentando, todavia, certa elasticidade. Essa articulação pode ser ainda classificada em dois tipos: suturas (articulações encontradas nos ossos do crânio) e sindesmoses (encontrada entre a tíbia e a fíbula). 21 2. Cartilaginosas, conhecidas como anfiartroses, pois são levemente móveis, possuem uma separação cartilaginosa e não apresentam cavidade articular, tendo em vista sua mobilidade, de certa forma, reduzida. As articulações cartilaginosas são encontradas nos ossos do quadril e entre as vértebras. 3. Sinoviais, também chamadas de móveis, devido a sua característica que apresenta uma cavidade articular ou sinovial, a qual apresenta uma cápsula repleta de líquido sinovial, cuja função é atuar como lubrificante articular, o que garante maior liberdade de movimento articular. É importante ressaltar que essa articulação é considerada a mais encontrada no corpo humano, em destaque para as articulações do ombro e joelho. De fato, essas articulações podem ser classificadas de acordo com o movimento em uniaxial (um eixo de rotação), biaxial (dois eixos de rotação) e poliaxial (três ou mais eixos de rotação). Lippert (2018) descreve alguns movimentos básicos que podem ser executados por essa articulação em relação aos eixos: a uniaxial, temos a articulação encontrada entre o úmero e a ulna; a biaxial, temos a articulação do punho; e a poliaxial, a articulação do ombro. Em cinesiologia alguns termos tornam-se essenciais para descrever os diferentes movimentos que ocorrem, sobretudo, nas articulações sinoviais, a destacar: Flexão (movimento de aproximação de um osso em relação a outro, ocorrendo no plano sagital em torno de um eixo medial-lateral); Extensão (é o contra movimento da flexão na direção oposta ao longo do mesmo plano, provocando um aumento do ângulo articular); Hiperextensão (compreendida como a continuação da extensão além da posição anatômica. E um exemplo pode ser a articulação “umeroulnar”, segmento cotovelo, quando a superfície anterior do antebraço se afasta da superfície anterior do braço, a articulação se move em extensão); Flexão palmar e Flexão plantar (corresponde à flexão no punho e do tornozelo, respectivamente); Dorsiflexão (definida como as extensões nas articulações do punho e do tornozelo, respectivamente); Abdução/Adução (a abdução é compreendida como o movimento ou posição de afastamento do plano sagital mediano do corpo. Já a adução é o movimento ou posição em direção à linha medial. Ambos os movimentos ocorrem no plano frontal em torno do eixo anterior- posterior); Desvio radial e ulnar (são termos usados quando referentes a abdução e adução e do punho, respectivamente); Flexão lateral (termo utilizado quando o tronco se curva lateralmente para o lado direito ou esquerdo, inclinando-se); Circundução (classificado como um tipo de movimento circular, que determina a 22 formação de um cone imaginário no espaço: flexão, abdução, extensão e adução); Rotação (trata-se de um movimento de um segmento ósseo em torno de um eixo longitudinal ou vertical no plano transverso, podendo ser: medial, caso o segmento articular gire para dentro em direção ao plano sagital mediano, chamamos esse movimento de rotação medial. E ainda, lateral, caso a superfície anterior gire para fora, afastando se do plano sagital mediano); Supinação e Pronação (tendo como referência a posição anatômica, a supinação é um termo utilizado para descrever a palma das mãos quando voltada para cima, enquanto a pronação descreve a palma das mãos para baixo); Inversão e Eversão (descrevem dois tipos específicos de movimentos rotacionais nos pés); Protrusão e Retração (classificados como movimentos lineares no mesmo plano, mas com direções opostas. A protusão pode ser feita pela articulação do ombro e da mandíbula, e a retração pela articulação do ombro). Neste sentido, as análises e avaliações dos movimentos corporais são realizadas, em sua grande maioria, com base em coordenadas tridimensionais, que são alinhadas anatomicamente de acordo com os eixos mediolateral (plano sagital), anterioposterior (plano frontal) e superioinferior ou longitudinal (plano transverso). Ocasionalmente, é feita a opção pela análise bidimensional ou planar, considerando somente dois dos três eixos citados, tendo em vista a complexidade de recursos para as observações tridimensionais (OATIS, 2014). E embora seja possível realizá-la em duas dimensões, a probabilidade de erro quanto à interpretação dos dados se torna elevada, pois importantes dados podem ser “perdidos” ao limitar-se essas análises. Enfim, o corpo humano é composto por diferentes segmentos, ligados por articulações. Cada um desses segmentos pode, dentro de suas possibilidades, se movimentar, separadamente. Os principais segmentos do corpo humano se movimentam de forma angular ao redor das articulações. Esse movimento pode ocorrer isoladamente, como enquanto você move o braço e a mão para fazer anotações, ou concomitantemente ao movimento linear. Dessa forma, uma análise do movimento do corpo humano inclui dois tipos de variáveis: as variáveis lineares do centro de massa e as variáveis angulares dos segmentos, como será descrito a seguir, nas cinemáticas linear e angular, em que o deslocamento do centro de massa é descrito em relação às referências estabelecidas no espaço, como ocorre nos movimentos realizados pelo corpo humano. 23 1. A Biomecânica pode ser definida como aplicação da mecânica aos organismos vivos, tecidos biológicos, aos corpos humanos e animais. Mais do que simplesmente aplicar as leis da física, a biomecânica leva ainda em consideração as características do aparelho locomotor. Considerando as principais áreas de investigação em biomecânica, avalie as afirmações a seguir. I. Investiga a função de equipamentos para prática esportiva. II. Investiga a função de músculos, tendões, ligamentos, cartilagens e ossos. III. Investiga a carga e sobrecarga em sistemas vivos. É correto o que se afirma somente em: a) I, apenas. b) I, II e III. c) II, apenas. d) II e III, apenas. e) I e II, apenas. 2. O movimento humano pode ser analisado de diferentes maneiras e utilizando mecanismos os mais específicos possíveis para fazê-lo com acurácia. Neste sentido, entende-se as análises possíveis de serem feitas de forma qualitativa e/ou quantitativa, entretanto, considerar a posição anatômica, a fundamental e o centro de gravidade tornam-se aspectos fundamentais no processo. Analise as afirmações a seguir e julgue V para verdadeiro e F para falso: ( ) A posição anatômica é universalmente descrita como, uma posição ereta vertical com os pés separados ligeiramente e os braços pendendo relaxadosao lado do corpo, com as palmas das mãos voltadas para frente. ( ) A posição fundamental é igual à posição anatômica, exceto pelos braços que ficam mais relaxados ao longo do corpo com as palmas voltadas para o tronco. 24 ( ) O centro de gravidade é o ponto sobre o qual a massa do corpo está uniformemente distribuída gerando, assim, um equilíbrio dos membros superiores. ( ) A posição anatômica e o centro de gravidade em conjunto são consideradas referenciais para localização e descrição de estruturas anatômicas. A sequência correta, de cima para baixo, é: a) V – F – V – F. b) F – F – V – V. c) F – V – V – V. d) V – V – V – V. e) V – V – F – F. 3. Os movimentos articulares do corpo humano devem ser analisados e caracterizados conforme os seus respectivos planos de ação, e a partir da compreensão dos planos e eixos pode-se estabelecer treinamentos mais assertivos, de acordo com a(s) necessidade(s) do indivíduo. Observe a figura a seguir: Fonte: Houglum e Bertoti (2014, p. 6) 25 De acordo com os planos de secção sagital, frontal e transverso, marque a alternativa correta. a) O eixo do plano frontal acompanha o plano transverso. b) O plano sagital permite as rotações. c) O eixo do plano transverso acompanha o plano horizontal. d) O plano frontal divide o corpo em partes laterais. e) O plano transverso tem o eixo anteroposterior. 4. (IBFC 2016) Assinale a alternativa correta. Existem 3 eixos anatômicos, cada um associado a um plano de movimentação e perpendicular àquele plano, sendo que o eixo: a) Transverso (latero-lateral) atravessa o corpo de lado a lado, sendo perpendicular ao plano sagital. b) Ântero-posterior atravessa o corpo da frente para trás e está associado com a movimentação no plano sagital. c) Longitudinal atravessa o corpo de cima para baixo, sendo horizontal ao plano frontal. d) Transverso (longitudinal) atravessa o corpo de trás para frente e está associado ao plano transverso. e) Longitudinal atravessa o corpo de lado a lado, sendo perpendicular ao plano sagital. 5. (ADAPTADA - CRESCER-CONSULTORIAS 2019). Os conhecimentos da cinesiologia são essenciais para o entendimento do movimento e a aplicação dos exercícios físicos evitando assim lesões físicas para os seus praticantes. Marque a 2ª coluna em relação a 1ª, e assinale a alternativa correspondente. I. Plano sagital. II. Plano frontal. III. Plano transversal. 26 ( ) Considerado também como plano mediano, está localizado verticalmente, de frente para trás, paralelo à sutura sagital do crânio; e divide o corpo humano em direita/esquerda ou medial/lateral. ( ) Também conhecido como plano horizontal, está localizado horizontalmente, paralelo ao horizonte; e divide o corpo humano em superior e inferior. ( ) Também conhecido como plano coronal, está localizado verticalmente da esquerda para a direita, paralelo à sutura coronal; e divide o corpo humano em frente (anterior) e trás (posterior). a) I – III – II. b) I – II – III. c) II – III – I. d) III – I – II. e) II – I – III. 6. (ADAPTADA IBFC 2019) De acordo com Campos (2000), a dorsiflexão e a flexão plantar (movimentos da articulação do tornozelo) acontecem em determinado plano. Neste sentido, assinale a alternativa correta. a) Sagital. b) Transverso. c) Frontal. d) Coronal. e) Pronado. 7. As articulações possuem diversas possibilidades de movimentos. Portanto, analisar as ações que acontecem em torno dos eixos articulares e, que atravessam seus planos é fator primordial para compreender as possibilidades de movimentos cabíveis a uma determinada articulação de um segmento. Neste sentido, os movimentos de abdução e adução de uma articulação são caracterizados como: 27 a) O movimento ou posição de afastamento do plano sagital mediano do corpo e o movimento ou posição em direção à linha medial. b) O movimento circular, no qual determina a formação de um cone imaginário no espaço. c) O movimento das extensões nas articulações do punho e do tornozelo. d) O movimento do tronco quando se curva lateralmente para o lado direito ou esquerdo. e) A flexão no punho e do tornozelo respectivamente. 8. O conhecimento dos temas de estudo da cinesiologia, da biomecânica e de suas abordagens é de extrema importância para a prática do profissional de Educação Física. A considerar a identificação dos planos e seus respectivos eixos específicos que passam perpendicularmente pelo corpo. De fato, esses planos são úteis para descrever os movimentos referentes às partes do corpo. Nesse sentido, os movimentos articulares de pronação e extensão estão relacionados a que plano, respectivamente? a) Sagital e Transversal. b) Sagital e Frontal. c) Frontal e Sagital. d) Frontal e Transversal. e) Transverso e Sagital. 28 CINEMÁTICA LINEAR 2.1 INTRODUÇÃO A cinemática é a área da biomecânica que descreve o movimento do objeto em relação ao seu ambiente, em termos de posição e de mudança de posição. O movimento de um objeto pode ser linear ou angular, e cada uma das grandezas descritas pode se referir a ambos os tipos de movimento. Por exemplo, as fórmulas utilizadas para calcular velocidade e aceleração são semelhantes, porém as variáveis de movimentos lineares ou angulares são específicas. No sistema linear, a posição é expressa em relação a uma origem, conhecida como sistema global (externo ao objeto), com o uso de variáveis, como metros ou quilômetros. Neste sentido, as variáveis cinemáticas permitem perceber detalhes na execução de um gesto motor e identificar possíveis melhoras no desempenho ou fatores que devem alterados para diminuir o risco de lesão, em diferentes objetivos e finalidades, que vão da análise de movimentos do cotidiano, como a marcha humana, passando pelo laboral (ergonomia) até aquele associado ao esportivo. Há três principais grandezas relacionadas com o movimento: posição, velocidade e aceleração, sendo que cada uma delas pode ser analisada individualmente, entretanto, uma análise mais completa do movimento fornecerá dados, de certa maneira, mais fidedignos quanto às informações possíveis de serem obtidas. Um exemplo prático da aplicação da cinemática está associado à análise da corrida, em que para um corredor completar um percurso de 10 km (1 km = 1000 m), o comprimento do trajeto é conhecido como a distância linear (também chamada simplesmente de distância) percorrida pelo corredor. Você verá neste capítulo alguns dos principais parâmetros/aspectos investigados na análise cinemática linear do movimento humano, e além de suas respectivas descrições, compreenderá como aplicá-las de forma prática. UNIDADE 02 29 2.2 SISTEMA DE REFERÊNCIA E FATORES TEMPORAIS DO MOVIMENTO Referencial é um conjunto de três eixos ortogonais, cuja importância está centrada, principalmente, em buscar um “ponto” que estabeleça todo o sistema, a partir da percepção de movimento de um determinado corpo/objeto no espaço. Hamill et al. (2016) descrevem que é a partir da escolha do referencial que se pode determinar o que ocorre com o corpo, neste caso, os movimentos descritos no espaço. A referência será determinada de acordo com a complexidade do movimento que se está descrevendo, e vale destacar que a forma mais simples de se determinar um sistema de referências é por meio de um ponto fixo de referência, que servirá como a origem de cada uma das distâncias que devem ser indicadas utilizando unidades de comprimento, como metros. Esse sistema é conhecido como sistema cartesiano de coordenadas. Naanálise dos esportes, alguns exemplos práticos podem ser observados nas seguintes situações: a) A linha de partida ou de chegada, indicando a distância que o corredor se encontra a cada instante em relação a essa posição, no atletismo, cujo objetivo é demonstrar o progresso de um corredor em uma prova de 100 metros rasos. b) No futebol de campo a referência é utilizada para indicar a posição de um jogador em um campo de futebol, sendo necessárias duas referências: uma das linhas de fundo e uma das linhas laterais, por exemplo. Assim, indica-se a posição do jogador no campo pela sua distância em relação a cada uma das linhas indicadas. c) Em adição, podemos indicar a referência do objeto de jogo, a bola, no caso do voleibol. Neste caso, são necessárias três referências, pois além de indicar a posição da bola em relação à linha de fundo e à linha lateral da quadra, é necessário indicar a sua posição vertical, lembrando que poderia ser aplicado também a outras modalidades que utilizam materiais para a sua execução, como por exemplo, o basquetebol e/ou handebol, entre outros. McGinnis (2015) destaca, acerca do referencial que, quando o movimento do objeto é angular, a descrição da posição será diferente. Neste caso, o ângulo é determinado pela interseção entre duas retas, dois planos ou uma reta e um plano. Portanto, não é necessário determinar uma referência no espaço, pois o ângulo sempre será determinado em relação às retas ou aos planos em questão (ex: ângulo 30 de 90º graus no canto de um campo de futebol determinado pelas linhas lateral e de fundo do campo). Em relação à análise cinemática, é a responsável em analisar as características do movimento, examinando-o a partir de perspectivas espacial e temporal, no entanto, sem preocupar-se com as forças que causam o movimento. Hall (2016) estabelece a importância da análise cinemática para os movimentos, uma vez que é por meio dela que é possível determinar a velocidade de deslocamento, por exemplo, de um objeto ou corpo que se move durante uma determinada trajetória, a distância, ou ainda, o tempo de duração do deslocamento de um corpo de um ponto a outro, ou ainda, a altura atingida durante um determinado lançamento. Amadio e Serão (2011) descrevem que é por meio dessas análises que é possível avaliar as características que compõem o movimento em geral, incluindo seu grau de dificuldade e as forças atuantes para a execução do movimento tendo como base o tempo, em que adota-se como referência (“s”), seguindo recomendações do Sistema Internacional de Medidas. 2.3 POSIÇÃO, DESLOCAMENTO, VELOCIDADE E ACELERAÇÃO DE UM CORPO NO ESPAÇO A posição é definida como a localização de um objeto no espaço (MCGINNIS, 2015), sendo considerada a primeira característica que se pode descrever sobre um objeto. Uma posição de um objeto é sempre descrita em relação a uma referência, entretanto, é importante destacar que um sistema de referências não existe no espaço, de modo que precisa ser determinado como o ponto em relação ao qual a posição será descrita. Posição dá a ideia de lugar e, por consequência, é possível entender o deslocamento como algo associado à mudança de posição, independentemente, 31 da trajetória entre as posições inicial e final considerada, como pode ocorrer em um movimento de um determinado automóvel, que passa de uma posição (A) para uma posição (B). Neste caso, o deslocamento pode ser definido por uma reta determinada, considerada linear (vetorial), e a trajetória pode ser a mais variada possível (HAMILL et al., 2016; MCGINNIS, 2015). O movimento ocorre quando existe uma mudança de posição de um objeto, progressivamente, ao longo do tempo (HAMILL et al., 2016). É importante ressaltar a alteração de posição em relação à posição do objeto antes e depois do movimento ou às diferentes posições do objeto ao longo do seu movimento. Portanto, a diferença entre as posições inicial e final refere-se ao deslocamento. Apenas com a posição do objeto em relação à origem no início e no final do movimento é possível saber o deslocamento do objeto por meio da subtração da posição final pela posição inicial. O deslocamento indica apenas a diferença em uma linha reta entre as posições inicial e final. McGinnis (2015) apresenta em sua obra um importante aspecto, em que sempre que um corpo tem a sua posição alterada, este move-se, e a partir deste princípio, o do movimento, há uma velocidade (V) associada a este movimento. Caso esta velocidade seja igual a zero temos uma ausência de movimento, portanto, o corpo tende a estar em repouso. De acordo com Watkins (2014) a velocidade de um objeto indica quão rapidamente o objeto se move em uma dada distância. A velocidade é definida como a distância percorrida por unidade de tempo ou taxa de mudança de distância: 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚é𝑑𝑖𝑎 = 𝑑𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎/𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 (1) Assim, 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚é𝑑𝑖𝑎 (𝑣) = 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑑) 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝑡) (2) Velocidade escalar é considerada a distância percorrida por um objeto dividido pelo tempo gasto para percorrer tal distância. A velocidade escalar pode ser vista em automóveis, registrada continuamente pelo velocímetro, conforme o motorista se desloca de um local para outro e medida em quilômetros por hora. A velocidade vetorial descreve magnitude e direção, enquanto a velocidade escalar descreve apenas magnitude. Velocidade vetorial é uma quantidade definida como 32 a mudança de posição pelo tempo consumido. Em biomecânica, a velocidade vetorial é mais importante que a velocidade escalar. A velocidade vetorial é designada pela letra v minúscula, e o tempo, pela letra t minúscula. A unidade de velocidade mais comumente utilizada nos estudos biomecânicos é metro por segundo (m/s ou m·s-1); e para transformar um valor numérico apresentado em km/h para m/s basta dividir esse valor por 3,6. O contrário é feito, no caso, multiplicando- se por 3,6, quando o valor está em m/s e busca-se apresentá-lo em km/h. As unidades para velocidade vetorial podem ser determinadas pela aplicação da fórmula para velocidade vetorial e divisão das unidades de comprimento por unidades de tempo (HALL, 2016; HAMILL et al., 2016). No caso específico da aceleração, Hamill et al. (2016) definem esta variável a partir do momento em que ocorrem variações na velocidade. Neste sentido, a aceleração se torna evidente quando o corpo se move de forma diferente ou partindo do repouso. Independentemente da finalidade de um estudo do movimento humano, muitas vezes existem aspectos científicos envolvidos. Geralmente, esses estudos abrangem questões de anatomia, neurofisiologia e mecânica, sendo que o último terminou o que move o estudo em direção a esfera da biomecânica (MCGINNIS, 2015). O estudo biomecânico pode se concentrar em analisar as variáveis que causam e modificam o movimento; análise cinética ou, simplesmente, se engajar em observação e descrição das características biomecânica da destreza, análise cinemática (MCGINNIS, 2015). De fato, uma análise cinemática inclui o tipo de movimento, a direção do movimento e a quantidade de movimento o que acontece (MCGINNIS, 2015). A cinemática refere-se a uma descrição geométrica do movimento em termos de deslocamento, velocidade e aceleração contra o tempo, sem lidar com as fontes de movimento, isto é, forças que produzem movimento. https://bit.ly/353IcPZ 33 2.4 CINEMÁTICA NOS ESPORTES Em análises biomecânicas, McGinnis (2015) destaca que podem ser: qualitativas ou subjetivas, que descrevem as características do desempenho dos atletas por meio da observação da qualidade do movimento humano, bem como, quantitativas ou objetivas, e que ambassão extremamente importantes para uma análise mais eficaz do movimento, e destaca ainda que uma análise pode complementar a outra, dependendo do contexto em que está sendo desenvolvida essa análise. Ackland, Elliott e Bloomfield (2011) citados por Mansour et al. (2018) destacam que, em análises qualitativas, quatro tarefas devem ser consideradas, a saber: Preparação – Considerada a primeira tarefa da análise biomecânica qualitativa, em que o treinador reúne importantes informações sobre o atleta, o esporte e as suas técnicas, conforme descreve McGinnis (2015). Observação – A base é estabelecida na análise visual, sendo considerada muitas vezes “subjetiva” e, portanto, mais suscetível a erros por parte do treinador. McGinnis (2015) defende a importância do papel do avaliador, que deve dominar as técnicas esportivas e seus movimentos, bem como usar imagens de vídeo e a possibilidade de replay, quando necessário (Figura 3). Figura 3: Replay de imagens divididas na tela por meio do programa Siliconcoach Sport Fonte: Ackland, Elliot e Bloomfield (2011, p. 301) citados por Mansour et al. (2018, p. 131) 34 Avaliação ou diagnóstico – Composta por dois objetivos, sendo o primeiro, a avaliação dos pontos positivos e negativos do desempenho do atleta; e o segundo, conhecido como avaliação diagnóstica do desempenho, que permite verificar se o movimento está sendo executado de maneira incorreta e, portanto, selecionar a intervenção mais adequada (MANSOUR et al., 2018). É importante destacar que na avaliação, o treinador deve considerar alguns aspectos, por exemplo, em esportes muito arriscados, os erros durante a execução dos movimentos devem ser minimizados utilizando equipamentos de segurança (como capacete, cintos de segurança, etc.) para evitar lesões. Já o diagnóstico identifica as causas do desempenho deficiente por meio da observação dos pontos fracos e fortes, sendo usado para estabelecer metas em uma intervenção (MANSOUR et al., 2018, p. 132). Intervenção – Mansour et al. (2018) descrevem essa como a responsável em auxiliar o atleta a melhorar seu desempenho. E aqui, o feedback do treinador ganha destaque, uma vez que envolve funções como a orientação, o reforço, a motivação e o incentivo para realizar os movimentos corretos das técnicas esportivas, o que acarretaria em melhoria da performance e, ainda, a redução de riscos de lesões, por exemplo. Durante o processo de correção, o treinador deve fazer a progressão completa no ensino da habilidade, que pode ser realizada da seguinte forma: (1) Fragmentar a habilidade em partes; (2) Traçar exercícios que dupliquem os movimentos e as forças existentes em cada habilidade; (3) Pedir ao atleta que inicie os movimentos de correção de forma lenta e, depois, acelerar até a velocidade do desempenho real; (4) Pedir ao atleta que realize a habilidade completa quando sumirem os erros. (MANSOUR et al., 2018, p. 132). De fato, a análise quantitativa da técnica esportiva trata da medição de variáveis biomecânicas associadas à precisão do desempenho, em que se empregam elementos da cinemática (tempo, posição, deslocamento, velocidade e aceleração) e ainda, da cinética, tais como: força, energia, trabalho e potência. Um fato interessante acerca deste tipo de análise é que possui um custo elevado, se comparada à qualitativa, porém apresenta um nível de precisão/acurácia bem maior, sendo a preferida pelos treinadores para investigar/analisar atletas de elite, por exemplo (KNUDSON; MORRISON, 2001 citados por MANSOUR et al., 2018). Realizada através de mensurações e padrões comparativos, análises quantitativas estão associadas à obtenção de dados mais fidedignos, motivo pelo qual é mais utilizada em pesquisas/estudos. E para que a investigação por meio de 35 análise quantitativa ocorra, é necessário que seja feita a coleta de dados, que pode ser realizada em laboratórios, ou mesmo no ambiente de prática “real”. O fato que, independentemente, do ambiente selecionado para essa investigação, o ambiente deve configurar o mais próximo possível o local onde o atleta fará as técnicas, para não influenciar no seu desempenho. Neste sentido, é importante destacar que existem quatro métodos utilizados em biomecânica para abordar o movimento humano durante a realização da técnica esportiva: cinemetria, dinamometria, eletromiografia (EMG) e antropometria, conforme descrevem Mansour et al. (2018), e que serão discutidos no capítulo 6 deste livro, que trata da Instrumentação em Biomecânica. A seguir, serão detalhados alguns movimentos utilizados nos esportes e como podem ser melhor compreendidos a partir da análise cinemática, que considera o movimento por si mesmo, sem preocupar-se, a priori, com as causas, neste caso, as diferentes forças que influenciam ou são as responsáveis por gerarem esses movimentos. 2.4.1 Movimentos da corrida A corrida s é uma variação da marcha, trata-se de um movimento cíclico, cujas fases de contato e oscilação ocorrem de formas contínua e sucessivas, com suas fases de apoio e balanço bem definidas. A velocidade significativamente maior no correr deve ser considerada quando comparada à marcha e, ainda, a fase de duplo apoio, que só ocorre durante o andar, diferentemente da corrida (GERRITSEN et. al., 1995). Em relação à velocidade da corrida, depende de dois fatores, o primeiro diz respeito à amplitude da passada e o segundo, a frequência da passada. Em adição, a amplitude da passada corresponde à soma de três distâncias: impulsão, voo e chegada ao solo. A frequência da passada corresponde 36 ao número de passadas executadas em um determinado tempo. Essa frequência está diretamente relacionada ao tempo gasto para completar uma passada completa, o qual corresponde à soma do tempo em que o atleta está no solo com o tempo de voo. Vaughan (1984) descreve o ciclo da passada sendo composto por duas fases principais: a de contato e a de balanço. Na primeira fase ou contato, o indivíduo mantém ambos os pés em contato com o solo, enquanto a fase de balanço é aquela que representa a fase aérea (voo). Ainda de acordo com o autor, é durante esta fase que ocorre uma importante ação do ciclo-alongamento-encurtamento, a contribuição mecânica para a propulsão e minimização de energia. E complementando, a fase de contato pode ser dividida em três aspectos: o contato, o apoio e o “despregue”, conforme descreve Vaughan (1984), e conforme pode ser analisado abaixo: O contato é a aterrissagem do calcanhar no solo, gerando uma força contrária ao deslocamento a frente e é quando existe uma demanda muscular excêntrica para amortecer as tendências de flexão de joelho e quadril. A fase de apoio é quando todo o pé está em contato com o solo, esta é uma fase de transição e absorção de energia mecânica. Já a fase de despregue é a fase que a musculatura propulsora em membros inferiores é mais exigida em sua ação concêntrica e é quando existe a transferência de energia elástica somando-se ao esforço cardiorrespiratório para manter o sistema muscular ativo (VAUGHAN, 1984, p. 36). A velocidade da corrida, outra variável que é mensurada em biomecânica, pode ser calculada em função de ambas as fases mencionadas (contato e balanço). Neste caso, o cálculo é feito em função do produto da amplitude do passo, que equivale ao comprimento do passo, e da frequência do passo, relativa ao número de apoios por segundo. Esses dados fornecem importante indicativos da velocidade empregada. A cadência de corrida, considerada uma forma de quantificar a frequência do passo, utiliza o número de passos contabilizados em um minuto, por exemplo. E neste caso, a relação amplitude e frequência desempenha um papel muitoimportante na técnica de corrida e deve ser considerada. Visando a técnica da corrida, uma das maneiras de otimizar a corrida seria a modificação de um dos parâmetros mencionados (velocidade, amplitude e frequência) podendo ser considerada o caminho mais viável para o melhor consumo energético e, consequentemente, a performance sendo priorizada. A capacidade em gerar a melhor cadência através do ótimo comprimento da 37 passada é uma preocupação da corrida e poderá ser conseguida através da introdução de ações motoras específicas a realizar nos treinos técnicos de corrida e que vão melhorar a forma de apoio e a recuperação após a fase de voo. Fuziki (2012) e Vaughan (1984) destacam a importância da realização de exercícios que privilegiem a técnica do movimento da corrida como um todo. Neste sentido, merece destaque o objetivo desses exercícios técnicos, que é buscar a minimização do custo energético observada a partir de alguns aspectos, dentre os quais: a ação de propulsão, a minimização dos deslocamentos verticais, o tipo de apoio, as acelerações produzidas no instante do contato, o equilíbrio ótimo entre a frequência do passo e a amplitude do passo e os movimentos realizados pelos membros superiores, os quais devem ser levados em consideração para uma prática eficaz. A maioria dos estudos biomecânicos sobre corrida é realizada em situações experimentais controladas, em vez de durante competição, tornando difícil a obtenção da associação direta dos parâmetros biomecânicos com o desempenho. Em geral, só é possível obter informação cinemática em situações de competição, limitando-se a informação disponível, e os padrões de movimento em competição são frequentemente influenciados por estratégias ou a presença de outros corredores, tornando difícil isolar a importância de fatores biomecânicos para o desempenho. Como resultado, a maior parte das informações relacionadas à biomecânica para o desempenho vem de estudos de fatores que são relacionados ao desempenho, tais como consumo submáximo de oxigênio em corrida de distância, exames de características de níveis diferentes de corredores no laboratório, identificação de diferenças significativas em medidas biomecânicas entre grupos, ou encontrando fortes correlações entre os tempos de desempenho e índices biomecânicos (MCGINNIS, 2015; VAUGHAN, 1984; ZATSIORSKY, 1998). 2.4.2 Movimento do salto Nas modalidades atléticas que envolvem o salto, de acordo com Hay (1986) e Matthiesen (2017) o objetivo principal dos atletas, sobretudo, no atletismo, é obter o máximo de deslocamento do seu centro de massa em uma determinada direção, que pode ser: horizontal no salto em distância e triplo; e ainda, vertical, que ocorre no salto em altura e salto com vara. E, independentemente, do tipo do salto, o objetivo principal é extrair o máximo de vantagens que este deslocamento pode 38 oferecer. Hay (1986) descreve duas valências, a força e a velocidade, como importantes para a otimização das modalidades que envolvem saltos. E essas valências físicas são necessárias, haja vista, a distância ou altura total atingida será a razão da velocidade do atleta, no instante da entrada do salto, e da altura com relação ao solo, que elevou seu centro de massa. Em adição, o comportamento do CG do atleta durante a fase do salto propriamente dito pode ser descrito como um lançamento oblíquo, em que o movimento do corpo quando lançado ao ar pode formar ângulos que variam entre 0º e 90º com a horizontal. Matthiesen (2017) e Zatsiorsky (1998) descrevem um importante aspecto durante a fase de voo do atleta, em que o CG do atleta move-se com velocidade constante, devido à “ausência” de força atuando na direção horizontal. 2.4.3 Movimento dos arremessos Nos esportes o arremesso é um movimento balístico dos membros superiores, por meio do qual seu centro de massa é propelido para fora do centro de massa do corpo. É importante destacar que o gesto do arremesso em si envolve um complexo mecanismo de coordenação neuromuscular de todo o corpo. Em termos biomecânicos, temos as forças (internas e externas), além do torque necessários para esta execução, conforme descreve (HAY, 1986). Neste sentido, um arremesso eficiente está intrinsecamente associado aos seguintes eixos de rotação do corpo: pés, quadril, coluna vertebral e ombros. Camacho Rojas (2017) destaca que o gesto esportivo do arremesso pode ser dividido em cinco fases, conforme será descrito a seguir: (1) posicionamento, (2) preparação, (3) armação precoce/tardia, (4) aceleração, (5) desaceleração. O desfecho do movimento envolve a ação do ombro, cotovelo, punho e mão, enquanto a preparação acontece com a participação dos pés, joelhos e quadris, transmitindo energia através do tronco. Existem diferentes tipos de arremesso, dentre os quais destacam-se: arremesso inferior, ocorre abaixo do nível do ombro, o arremesso superior, acima do nível do ombro e o arremesso lateral que ocorre perpendicular ao ombro. É necessário, para o responsável técnico ou profissional da saúde, o conhecimento adequado da biomecânica e influência do movimento de arremesso no 39 desempenho dos atletas (HAY, 1986; ZATSIORSKY, 1998). Enfim, compreender como a ciência é aplicada, no caso da análise dos movimentos, através de exercícios, melhora a condição humana, a considerar a performance, bem como a prevenção de lesões, oferece ferramentas úteis ao treinador, no que tange aos aspectos tanto qualitativos, quanto quantitativos e que serão úteis para a elaboração de programas de treinamentos mais assertivos, dependendo da necessidade individual de cada atleta, por exemplo. https://bit.ly/35hHcYq 40 1. As grandezas do movimento linear são descritas no sistema internacional de unidades em metros para a posição, metros por segundo para velocidade e metros por segundo ao quadrado para aceleração. As grandezas do movimento angular são descritas no sistema internacional de unidades em radianos para a posição, radianos por segundo para a velocidade e radianos por segundo ao quadrado para a aceleração. Baseado nessa afirmativa, o movimento linear tem como característica: a) O deslocamento do objeto feito em linha reta e de forma curvilínea, para que se adapte às necessidades de cada movimento e seus eixos. b) As referências sendo determinadas em planos e o movimento se deslocando livremente em relação aos eixos de referência. c) A análise do objeto que pode se movimentar somente ao redor de um ponto central, e em translações contínuas. d) A observação do objeto sempre em relações trigonométricas com a posição inicial, em que o vetor atua girando ao redor de um plano. e) Um sistema referencial estabelecido com três eixos para determinar a posição do objeto, considerando-se que o sistema é bidimensional. 2. (U. F. JUIZ DE FORA-MG) O motorista de um caminhão pretende fazer uma viagem de Juiz de Fora a Belo Horizonte, passando por Barbacena (cidade situada a 100 Km de Juiz de Fora e a 180 Km de Belo Horizonte). A velocidade máxima no trecho que vai de Juiz de Fora a Barbacena é de 80 km/h e de Barbacena a Belo Horizonte é de 90 km/h. Determine qual o tempo mínimo, em horas, de viagem de Juiz de Fora a Belo Horizonte, respeitando-se os limites de velocidades: a) 4,25h. b) 3,25h. c) 2,25h. 41 d) 3,50h. e) 4,50h. 3. A velocidade representa a taxa de variação da posição em função do tempo e é expressa, no sistema internacional de unidades, em metros por segundo. Um corredor completou uma corrida de 3.000m com o tempo de 7min30s. Neste sentido, analise as assertivas a seguir e assinale a que apresenta a velocidade média
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