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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 médiadeste atleta durante a prova: a) 6,7 m/s. b) 3,2 m/s. c) 40 m/s. d) 0,4 m/s. e) 16 m/s. 4. A velocidade vetorial, a velocidade escalar e a aceleração podem ser expressas de duas formas: média e instantânea. Em estudos cujo objeto de estudo/investigação seja a cinemática, faz-se necessário implementar métodos para levantaros dados da velocidade, no intuito de analisar e interpretar um determinado movimento. A partir dessa afirmação, analise as assertivas a seguir e assinale a que apresenta aspectos associados às diferenças entre as representações média e instantânea. a) A representação média é feita pela divisão da mudança na distância/velocidade por todo o tempo necessário para esta mudança ocorrer. A representação instantânea é feita pela divisão da mudança na distância/velocidade por um pequeno intervalo de tempo necessário para esta mudança ocorrer. b) A representação média é feita pela divisão da mudança na distância/velocidade por um pequeno intervalo de tempo necessário para esta mudança ocorrer. A representação instantânea é feita pela divisão da mudança na distância/velocidade por todo o tempo necessário para esta mudança 42 ocorrer. c) A representação média é feita pela subtração da mudança na distância/velocidade por todo o tempo necessário para esta mudança ocorrer. A representação instantânea é feita pela subtração da mudança na distância/velocidade por um pequeno intervalo de tempo necessário para esta mudança ocorrer. d) A representação média é feita pela divisão da mudança na distância/velocidade inicial pela mudança na distância/velocidade final. A representação instantânea é feita pela divisão da mudança na distância/velocidade por um pequeno intervalo de tempo necessário para esta mudança ocorrer. e) A representação média é feita pela divisão da mudança na distância/velocidade por todo o tempo necessário para esta mudança ocorrer. A representação instantânea é feita pela divisão da mudança na distância/velocidade inicial pela mudança na distância/velocidade final. 5. Em uma partida de futebol, um jogador chuta a bola rasteira em linha reta do centro do campo em direção à linha de fundo. Depois de desviar de um jogador adversário, ele ainda conseguiu chegar na bola, novamente, e evitar que ela saísse do campo pela linha de fundo. O que se pode afirmar sobre o deslocamento e a distância percorrida pela bola e pelo jogador? I. A bola e o jogador percorreram a mesma distância, mas o jogador realizou um percurso maior. II. A bola e o jogador percorreram a mesma distância, mas a bola realizou um percurso maior. III. A bola e o jogador realizaram o mesmo deslocamento e percorreram a mesma distância. IV. A bola e o jogador realizaram o mesmo deslocamento, mas a bola percorreu uma distância maior. V. A bola e o jogador realizaram o mesmo deslocamento, mas o jogador percorreu uma distância maior. 43 6. O movimento é um conceito relativo, já que um segmento pode estar em repouso em relação a um primeiro referencial, mas em movimento em relação a um segundo referencial. A análise cinemática do movimento pode ser qualitativa ou quantitativa. A partir do excerto acima, retirado do livro-texto, e considerando seus conhecimentos sobre o tema, avalie as asserções a seguir e a relação proposta entre elas. I. A análise qualitativa é uma descrição não numérica de um movimento baseando-se em uma observação direta, mas a análise quantitativa permite isso. O movimento é analisado numericamente, com base em medições provenientes de dados coletados durante a realização dos movimentos. II. Para a biomecânica, a análise principal condiz com dados não numéricos. De acordo com esse tipo de análise, os dados não são precisos e o melhor a se fazer é a observação dos movimentos. A respeito dessas asserções, assinale a opção correta: a) As asserções I e II são proposições verdadeiras e a II é a justificativa correta da I. b) As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I. c) A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa. d) A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira. e) As asserções I e II são proposições falsas. 7. A grandeza vetorial da aceleração pode ser definida como a taxa de variação da velocidade. A aceleração explica as mudanças na velocidade em função do tempo. A unidade da aceleração no sistema internacional é metros por segundo ao quadrado. Considere a movimentação de uma bola de futebol nas situações a seguir e responda em quais delas acontece aceleração: 44 I. A bola começa ou para de se mover. II. A bola está parada antes de uma falta. III. A bola se movimenta com velocidade constante. IV. A bola muda de direção. V. Velocidade do movimento da bola diminui. a) II e III, apenas. b) I, II e III, apenas. c) I, IV e V, apenas. d) I e IV, apenas. e) III e IV, apenas. 8. (U.F. SÃO CARLOS – SP) Um trem carregado de combustível, de 120m de comprimento, faz o percurso de Campinas até Marília, com velocidade constante de 50 Km/h. Esse trem gasta 15s para atravessar completamente a ponte sobre o rio Tietê. O comprimento da ponte é: a) 100m. b) 88,5m. c) 80m. d) 75,5m. e) 70m. 45 CINEMÁTICA ANGULAR 3.1 INTRODUÇÃO A cinemática angular descreve o movimento angular sem considerar suas causas, e neste caso, conforme destaca Hamill et al. (2016) é a área responsável por descrever o movimento angular, que ocorre ao redor de um eixo, sendo que as diferentes regiões do corpo acabam não percorrendo a mesma distância. Na prática, o movimento angular ocorre quando todas as partes de um corpo se movimentam no mesmo ângulo, mas não necessariamente são submetidas ao mesmo deslocamento linear. De fato, o movimento angular ocorre em torno de um eixo de rotação, representado por uma linha perpendicular ao plano no qual ocorre a rotação. Um exemplo clássico em mecânica seria o movimento da roda, classificado como um típico movimento angular, em que a roda da bicicleta gira em torno de seu eixo, que é o eixo de rotação, portanto, o eixo da roda é perpendicular ao plano de rotação descrito pelo pneu da roda. De fato, todos os movimentos humanos envolvem rotação de segmentos do corpo, uma vez que, as articulações conectam os segmentos corporais, e estes se movimentam a partir de suas ações em seus respectivos eixos, chamados de eixos de rotação, que produzem os diferentes movimentos, nos mais variados planos e eixos, com graus de liberdade definidos a partir da característica da articulação envolvida no referido movimento. Os segmentos giram em torno dos centros das articulações que formam seus eixos de rotação. Quando um indivíduo se move, os segmentos, geralmente, realizam tanto rotação como translação. Quando ocorre a combinação de rotação e translação, essa combinação é descrita como movimento geral, conforme descreve Hamill et al. (2016), em um exemplo prático aplicado ao movimento humano temos o caso de uma ginasta que executa uma translação ao se movimentar no solo, sendo que ao mesmo tempo, ela realiza uma rotação em torno do seu eixo (quadril). Portanto, a combinação de rotação e translação é comum na maioria dos movimentos humanos, sendo considerados movimentos combinados. Você verá neste capítulo alguns dos principais parâmetros/aspectos UNIDADE 03 46 investigados na análise cinemática angular do movimento humano, e além de suas respectivas descrições, compreenderá como aplicá-las de forma prática. 3.2 MEDIDAS E TIPOS DE ÂNGULOS Ângulo pode ser definidocomo a reunião de duas semirretas que possuem uma origem em comum, conhecida como vértice do ângulo. Numa análise biomecânica, as linhas que se cruzam, geralmente, são segmentos do corpo. Por exemplo: se o eixo longitudinal do segmento da perna é um dos lados de um ângulo e o eixo longitudinal do segmento da coxa é o outro lado, o vértice é o centro da articulação do joelho. No movimento angular, utilizamos três unidades para medir ângulos (Figura 4). Figura 4: Tipos de medidas angulares Fonte: Hamill et al. (2016) 47 De forma prática, a primeira e mais comumente unidade utilizada é o grau. A segunda unidade de medida descreve o número de rotações ou revoluções em torno de um círculo. Uma revolução é uma rotação de 360°. Em um exemplo prático temos o salto triplo na patinação, movimento que exige que o patinador faça 3,5 revoluções no ar, o que equivale a uma rotação completa de 1.260°. Na patinação artística, na ginástica artística e nos saltos ornamentais, a análise qualitativa, por meio da mensuração de ângulos, torna-se uma escolha mais assertiva para descrever o movimento em si. Em biomecânica, a medida de ângulo pode ser feita através do radiano, uma medida definida como a medida de um ângulo no centro de um círculo descrito por um arco igual ao comprimento do raio do círculo. Em adição, graus possuem uma dimensão, devendo ser incluídos na unidade do produto de qualquer cálculo. Portanto, há necessidade de usar o radiano como unidade de medida angular, em vez do grau, em qualquer cálculo que envolva movimento linear, porque o radiano é adimensional (HALL, 2016; HAMILL et al., 2016; OATIS, 2014). Compreender o movimento angular é particularmente importante para quem estuda o movimento humano porque a maior parte do movimento humano voluntário envolve a rotação de um ou mais segmentos ao redor das articulações em que eles se movem. O deslocamento do corpo como um todo durante a marcha ocorre por meio de movimentos rotacionais realizados no quadril, no joelho e no tornozelo ao redor de eixos mediolaterais imaginários de rotação. Durante a realização de um polichinelo, por exemplo, os membros superiores e inferiores giram ao redor de um eixo anteroposterior imaginário que passa através das articulações do ombro e do quadril. O movimento angular de equipamentos esportivos, como tacos de golfe, de beisebol e de hóquei, bem como de utensílios domésticos e de jardinagem, também é frequentemente de interesse (HALL, 2016, p. 272). Hall (2016) descreve que a medida de ângulos articulares está convencionada, ou seja, na posição anatômica de referência, todos os ângulos articulares são 0°. De fato, o movimento articular é medido direcionalmente. Por exemplo, quando o braço estendido é elevado a 30° à frente do corpo no plano sagital, o braço está a 30° de flexão no ombro. Quando a perna está abduzida no quadril, a amplitude do movimento (ADM) na abdução é medida do mesmo modo a partir de 0° na posição anatômica, conforme descreve Hall (2016, p. 272). Para a medição dos ângulos articulares dos segmentos corporais, é necessário instrumentos específicos para a realização da medição dos ângulos corporais. Neste 48 sentido, Hall (2016) e Hamill et al. (2016) destacam os goniômetros, instrumentos utilizados comumente pelos clínicos para realizar a medição direta dos ângulos articulares relativos em um ser humano vivo. Hall (2016) destaca que o goniômetro é essencialmente um transferidor fixado a dois braços longos, sendo que um braço é fixo, de maneira que se estende do transferidor a um ângulo de 0°, e o outro braço se estende do centro do transferidor e é livre para girar. Neste sentido, o centro do transferidor é posicionado sobre o centro articular e os dois braços são posicionados sobre os eixos longitudinais dos segmentos corporais que se articulam. O ângulo articular é lido, então, na interseção entre o braço que gira livremente e a escala do transferidor. De fato, a exatidão da leitura depende da exatidão do posicionamento do goniômetro. Conhecer a anatomia da articulação analisada é essencial para localizar, adequadamente, o centro de rotação da articulação. Algumas vezes, a colocação de marcas na pele ajuda a identificar a localização do centro de rotação da articulação e os eixos longitudinais dos segmentos corporais antes de posicionar o goniômetro, particularmente, se estiverem sendo realizadas medidas repetidas na mesma articulação. Figura 5: Os ângulos de orientação dos segmentos corporais individuais medidos em relação a uma linha de referência absoluta (fixa) Fonte: Hall (2016, p. 274) 49 Figura 6: Goniômetro, considerado o aparelho específico utilizado para medir os ângulos articulares Fonte: Hall (2016, p. 274) Do mesmo modo que o deslocamento linear, o deslocamento angular é definido tanto pela magnitude, quanto pela direção. Uma vez que, a rotação observada a partir de uma vista lateral ocorre tanto em direção horária, quanto anti- horária, a direção do deslocamento angular pode ser indicada utilizando-se esses termos. A direção anti-horária é designada por convenção como positiva (+) e a direção horária, como negativa (–), conforme será visto no subcapítulo a seguir (3.3). Hall (2016) descreve o deslocamento angular que deve ser considerado em análises de movimentos do corpo humano, utilizando-se a terminologia relacionada com a articulação, como flexão ou abdução. (...) não existe relação estabelecida entre a direção positiva (anti- horária) e a flexão ou extensão ou qualquer outro movimento em uma articulação. Isso porque, quando vista de um lado, a flexão em uma articulação, como o quadril, é positiva, mas, quando vista do lado oposto, é negativa. Quando os biomecânicos realizam estudos de captura de movimento com câmeras conectadas a um computador, o software quantifica os movimentos da articulação registrando-os na direção positiva ou negativa (HALL, 2016, p. 276). 50 No estudo da biomecânica, os tipos de ângulos utilizados são os ângulos absoluto e o relativo. O ângulo absoluto é o ângulo de inclinação de um segmento do corpo em relação a alguma referência fixa no ambiente. Ele descreve a orientação de um segmento no espaço. Para calculá-lo é necessária a aplicação de um sistema de coordenadas na extremidade proximal do segmento. Em seguida, o ângulo é medido na direção anti-horária a partir da horizontal direita. Um outro jeito de calculá-lo é através de um sistema de coordenadas na extremidade distal do segmento. Desta forma, o ângulo também é medido na direção anti-horária a partir da horizontal direita. Ângulos absolutos são calculados utilizando-se a relação trigonométrica da tangente. O ângulo relativo é o ângulo entre eixos longitudinais de dois segmentos, o qual também é denominado ângulo intersegmentar ou ângulo articular. Um ângulo relativo pode descrever a quantidade de flexão ou extensão na articulação, mas não descrevem a posição dos segmentos ou os lados do ângulo no espaço. Ângulos relativos podem ser calculados utilizando-se a lei dos cossenos (HALL, 2016; HAMILL, 2016; OATIS, 2014). 3.3 REPRESENTAÇÃO VETORIAL DO MOVIMENTO ANGULAR Representar grandezas angulares vetores retos convencionais, ao invés de utilizar símbolos como setas curvas torna-se a medida mais assertiva nestes casos, conforme descreve Hall (2016). Neste sentido, de acordo com a “regra da mão direita” (Figura 7), quando os dedos da mão direita são flexionados na direção do movimento angular, o vetor utilizado para representar o movimento é orientado, perpendicularmente, ao plano de rotação na direção apontada pelo polegar estendido, sendo que a magnitude da grandeza pode ser indicada por meioda proporcionalidade do comprimento do vetor. 51 Figura 7: Regra da mão direita Fonte: Hall (2016, p. 283) Um vetor de movimento angular é orientado, perpendicularmente, ao deslocamento linear (d) de um ponto sobre um corpo em rotação. Adição, rapidez, velocidade e aceleração angulares podem ser calculadas como valores instantâneos ou médios, dependendo da duração do intervalo de tempo selecionado. A velocidade angular instantânea de um bastão de beisebol no instante de contato com a bola é tipicamente de maior interesse do que a velocidade angular média do balanço porque a primeira afeta diretamente a velocidade resultante da bola, conforme descreve Hall (2016). De fato, todo corpo em movimento apresenta uma propriedade conhecida como quantidade de movimento “Q”. Por outro lado, caso o corpo esteja executando um movimento de rotação, ele apresentará momento angular “L”. Em rotação, todo corpo apresenta uma quantidade de movimento relacionada ao movimento rotacional, conhecida como momento angular (WATKINS, 2014). Ao tratar da análise de movimentos angulares, deve-se considerar o momento angular, considerado uma das propriedades básicas da mecânica rotacional e está https://bit.ly/3vdIq1D 52 intimamente relacionada com a tendência do corpo em continuar seu estado de movimento circular. Por meio da equação descrita a seguir, podemos calcular o módulo do momento angular: 𝐿 = 𝑟 . 𝑄 (3) De fato, para obter-se o momento angular é necessário que a velocidade escalar do corpo seja perpendicular ao eixo de rotação, em que o ângulo formado esteja estabelecido em 90º. Portanto, o momento angular é uma quantidade vetorial, e como toda representação vetorial, apresenta módulo, direção e sentido. Vale destacar que esse momento angular é perpendicular em relação ao plano formado pelos vetores r e Q (distância ao eixo de rotação e quantidade de movimento, respectivamente). Desta maneira, o resultado do momento angular é representado por kg.m²/s, pois envolve o produto de uma distância r (dada em metros, m) por uma massa (em quilogramas, kg) e pela velocidade do corpo v (em metros por segundo, m/s). E por fim, temos a grandeza quantidade de movimento, a qual é obtida a partir do produto entre o raio de rotação (r) e a velocidade instantânea do corpo. E a massa, bem como a velocidade do corpo em rotação podem ser também obtidos, conforme pode ser visto a seguir: 𝐿 = 𝑟 . 𝑚 . 𝑣 (4) Floyd (2016) denomina o ângulo em movimentos do corpo humano como aquele entre a linha de tração do músculo e o osso no qual está inserido, e que é passível de sofrer alterações, as quais atuam de maneira direta no grau do movimento articular. Um aspecto importante a ser considerado é a amplitude do movimento, que depende do tipo de articulação e da estrutura óssea, e que pode ser representado por meio de vetores, onde a quantidade e o momento angulares expressam como este movimento ocorreu, a partir do âmbito do deslocamento dos segmentos corporais envolvidos no espaço, sendo matematicamente representado. A maioria dos músculos atua por meio de um pequeno ângulo de tração que, geralmente, ocorre a menos de 50º. Assim, os movimentos articulares e os ângulos de inserção muscular envolvem pequenos ângulos de tração (FLOYD, 2016). Como o 53 ângulo de tração interfere diretamente na quantidade de força muscular necessária para gerar o movimento articular, a relação entre os dois surge a partir do envolvimento de seus três componentes. O rotatório ou vertical atua no sentido perpendicular ao eixo longo do osso e da alavanca. Assim, quando a linha de força muscular está a 90° em relação ao osso ao qual está ligada, ela é constituída pela força rotativa, podendo-se afirmar que 100% dela contribui para esse movimento de girar a alavanca ao redor do próprio eixo - quanto mais próximo de 90º o ângulo de tração estiver, maior será esse componente, conforme descreve Reda et al. (2018). E de acordo com Floyd (2016) é importante entender que em análises do movimento humano, além dos graus do ângulo de tração, temos o rotatório, bem como outros dois componentes de força. Desta maneira, o autor destaca que o não rotatório ou horizontal se apresenta como o componente estabilizador ou deslocador, dependendo de o ângulo estar acima ou abaixo de 90°. E se ele estiver abaixo de 90°, a força é estabilizadora, pois sua tração direciona o osso para o eixo articular, aumentando as forças compressivas no interior da articulação para criar sua estabilidade. Porém, caso o ângulo esteja acima de 90°, ela se torna deslocadora, porque sua tração promove o afastamento do osso em relação ao eixo articular, o que aumenta as forças articulares distrativas e diminui as compressivas, elevando a tensão sobre os elementos articulares, como a cápsula e os ligamentos (FLOYD, 2016), como pode ser observado na Figura 8, em um movimento comumente praticado por ginastas, de giro na barra transversa, o qual exige bastante das articulações do cíngulo escapular, sobretudo. Figura 8: Ginasta executando um círculo na barra transversa Fonte: WATKINS (2014, p. 25) 54 3.4 RELAÇÃO ENTRE MOVIMENTO LINEAR E ANGULAR Ao tratar da relação entre movimento linear e angular é importante entender os deslocamentos, neste caso, os angulares e os lineares, conforme descreve Hall (2016) e McGinnis (2015). Logo, quanto maior o raio entre um ponto de um corpo em rotação e o eixo de rotação, maior será a distância linear percorrida por esse ponto durante um movimento angular (Figura 9). Essa observação é expressa na forma de uma equação simples, conforme mostra Hall (2016): 𝑠 = 𝑟𝑓 (5) Figura 9: A distância curvilínea percorrida pelo ponto de interesse s é o produto de r, o raio de rotação do ponto, e ϕ, é a distância angular pela qual o corpo em rotação se move, que é quantificada em radianos. Fonte: Hall (2016, p. 284) É fundamental considerar nesta relação, o raio de rotação, considerado a distância do eixo de rotação até um ponto de interesse em um corpo em rotação. Neste sentido, para que essa relação seja válida, duas condições precisam ser atendidas: (a) a distância linear e o raio de rotação precisam ser quantificados na mesma unidade de comprimento e (b) a distância angular precisa ser expressa em radianos (Hall, 2016). 55 Quando o raio de rotação (expresso em metros) é multiplicado pela distância angular em radianos, o resultado é a distância linear em metros. Nesse caso, os radianos desaparecem do lado direito da equação porque, como pode ser observado da definição de radiano, ele serve como um fator de conversão entre medidas lineares e angulares (HALL, p. 285). Ainda de acordo com o autor, a mesma relação serve para a conversão entre deslocamento linear e angular. Lembrando, porém, que diferentemente da distância, medida ao longo da trajetória, o deslocamento linear é medido em uma linha reta entre o ponto inicial e o ponto final. Quando o valor de φ é muito baixo, próximo de zero, o deslocamento linear tangencial é muito pequeno e se aproxima de uma linha reta. Usando a letra grega delta (Δ) para representar “mudança em”, a fórmula que relaciona deslocamento linear e angular é a seguinte: 𝛥𝑠 = 𝑟 𝛥𝜑 (6) Essa fórmula pode ser resolvida com cálculo. A relação também pode ser aproximada usando-se a mesma fórmula para conversão de distância linear e angular, conforme destaca Hall (2016, p. 285). E em relação à velocidade, Hall (2016) e McGinnis (2015) destacam que existe um mesmo tipo de relação entre a velocidade angular de um corpo em rotação e a velocidade linear de um ponto desse corpo em determinadoinstante no tempo, cuja fórmula é a seguinte: 𝑣 = 𝑟𝜔 (7) A velocidade linear (tangencial) do ponto de interesse é v, o raio de rotação para esse ponto é r e a velocidade angular do corpo em rotação é ω. Para que a equação seja válida, a velocidade angular precisa ser expressa em unidades de radianos (tipicamente rad/s) e a velocidade precisa ser expressa em unidades do raio de rotação dividido pelas unidades de tempo adequadas. Os radianos são novamente utilizados como um fator de conversão linear-angular e não estão equilibrados nos lados opostos do sinal de igual : m/s = (m) (rad/s) (HALL, 2016, p. 287) Já em relação à aceleração de um corpo em movimento angular, pode ser dividida em dois componentes lineares perpendiculares de aceleração. E são posicionados ao longo da componente da aceleração do corpo, estando perpendiculares à trajetória do movimento angular a qualquer ponto no tempo, conforme descreve Hall (2016). 56 Em adição temos o componente direcionado ao longo da trajetória do movimento angular, recebe seu nome a partir do termo tangente. Uma tangente é uma linha que toca, mas não atravessa, uma curva em um único ponto. O componente tangencial, conhecido como aceleração tangencial, representa a variação na rapidez linear para um corpo que percorre uma trajetória curva. A fórmula da aceleração tangencial é a seguinte: (8) Logo, o componente da aceleração de um corpo em movimento angular posicionado ao longo de uma tangente à trajetória do movimento representa variação na rapidez linear (MCGINNIS, 2015). E complementando, a aceleração tangencial é at, a velocidade linear tangencial do corpo em movimento em qualquer tempo inicial é v1, a velocidade linear tangencial do corpo em movimento no segundo tempo é v2 e o intervalo de tempo durante o qual as velocidades foram medidas é t. Embora a rapidez linear de um objeto que percorre uma trajetória curvilínea possa não se alterar, sua direção de movimento muda constantemente. O segundo componente da aceleração angular representa a taxa de mudança na direção de um corpo em movimento angular. Esse componente, chamado de aceleração radial, é sempre direcionado para o centro da curvatura. A aceleração radial pode ser quantificada por meio da seguinte fórmula (HALL, 2016, p. 288) Neste sentido, o componente da aceleração de um corpo em movimento angular direcionado para o centro da curvatura representa a mudança na direção. Portanto, a aceleração radial é ar, a velocidade linear tangencial do corpo em movimento é v e o raio da rotação é r. O aumento na velocidade linear ou a diminuição no raio de curvatura aumenta a aceleração radial. Assim, quanto menor for o raio de curvatura (mais estreita for a curva), mais difícil será para um ciclista lidar com a curva em alta velocidade (HALL, 2016; MCGINNIS, 2015; OATIS, 2014). Enfim, entender como as grandezas da cinemática angular podem ser quantificadas a partir dos ângulos relativos formados pelos eixos longitudinais dos segmentos corporais que se articulam, ou a partir da orientação angular de um único segmento angular em relação a uma linha fixa de referência, tornam-se fator 57 diferencial para uma análise mais eficaz do movimento. 58 1. Os movimentos podem ser classificados como lineares e/ou angulares. Embora a quando executados pelo corpo humano, a grande maioria é considerada “angular”, ou ainda combinado, uma junção de ambos, linear e angular. Neste sentido, assinale a alternativa que apresente a definição do movimento angular: a) Quando os pontos paralelos de um objeto movem-se em círculo em torno do mesmo eixo fixo. b) Deslocamento de um segmento em relação ao ponto nas coordenadas X e Y. c) Todos os pontos de um objeto movem-se em trajetos circulares em torno do mesmo eixo fixo. d) Quando todos os pontos de um objeto movem-se em trajeto linear em torno do mesmo eixo fixo. e) Todos os pontos de um eixo de rotação em movimento retilíneo uniforme, que gira em sentido linear e anti-horário. 2. Em análises biomecânicas, a compreensão dos ângulos formados durante um determinado movimento torna-se essencial para uma correta avaliação do movimento. De fato, a análise dos ângulos articulares é um importante indicador da limitação de amplitude do movimento articular e, que estão muitas vezes associadas à mecanismos de prevenção de lesões por sobrecarga articular. Analise as alternativas a seguir e assinale a que apresente a(s) unidade(s) referente(s) à medida da velocidade angular: a) Velocidade angular: radianos por segundo, graus por segundo ou ainda outra unidade de velocidade angular pelo tempo. b) Velocidade angular: radianos por segundo, graus por segundo e rotações por minuto. c) Velocidade angular: radianos por segundo, graus por segundo, rotações por minuto, metros por segundo, quilômetros por hora e milhas por hora. 59 d) Velocidade angular: metros por segundo, quilômetros por hora e milhas por hora. e) Velocidade angular: metros por segundo, quilômetros por hora e milhas por hora. 3. (MACK-SP) Devido ao movimento de rotação da Terra, uma pessoa sentada sobre a linha do Equador tem velocidade escalar, em relação ao centro da Terra, igual a: Adote: Raio equatorial da Terra = 6 300 km e π = 22/7 a) 2250 Km/h. b) 1650 Km/h. c) 1300 Km/h. d) 980 Km/h. e) 460 Km/h. 4. Um dos exercícios mais praticados em treinamento de força é a flexão de cotovelos, cuja ação é concentrada nos músculos braquiais, considerados os agonistas. Por tratar-se de um movimento cujo eixo de rotação é o cotovelo, uma análise do movimento permitiu identificar que essa flexão de cotovelo partiu de uma posição angular de 0° e indo para uma posição angular final de 120°. Analise o deslocamento ocorrido durante a execução do exercício e assinale a alternativa que apresente a resultante desse deslocamento angular: a) -180º b) 0º c) -120° d) +120° e) +180º 5. Em cinemática, a velocidade e a aceleração, além do deslocamento, fornecem dados substanciais acerca do movimento de um objeto qualquer no espaço. No caso da biomecânica temos diversos movimentos realizados em planos e eixos anatômicos que demandam a verificação desses parâmetros médios e 60 instantâneos. Neste sentido, considera-se como principal diferença entre os conceitos de velocidade/aceleração média e velocidade/aceleração instantânea, o seguinte aspecto: a) A representação média é feita pela divisão da mudança na aceleração angular de maneira escalar por todo o tempo necessário para essa mudança ocorrer. A representação instantânea é feita pela divisão da mudança na aceleração angular por um pequeno intervalo de tempo necessário para essa mudança ocorrer. b) A representação média é feita pela divisão da mudança no deslocamento/ velocidade angular por todo o tempo necessário para essa mudança ocorrer. A representação instantânea é feita pela divisão da mudança no deslocamento/velocidade angular por um pequeno intervalo de tempo necessário para essa mudança ocorrer. c) A representação média é feita pela divisão da mudança no deslocamento/ velocidade angular por um pequeno intervalo de tempo necessário para essa mudança ocorrer. A representação instantânea é feita pela divisão da mudança no deslocamento/velocidade angular por todo o tempo necessário para essa mudança ocorrer. d) A representação média é feita pela divisão da mudança no deslocamento/ velocidade angular por todo o tempo necessário para essa mudança ocorrer. A representação instantânea é feita pela divisão da mudança no deslocamento/velocidade angular inicial pela mudança no deslocamento/velocidadeangular final. e) A representação média é feita pela divisão da mudança no deslocamento/ velocidade angular final, multiplicado pela mudança no deslocamento/velocidade angular médio. A representação instantânea é feita pela divisão da mudança no deslocamento/velocidade angular por um pequeno intervalo de tempo necessário para essa mudança ocorrer. 6. De um modo geral, define-se a aceleração angular de um corpo como sendo o quociente entre a variação da velocidade angular (Dw) e o intervalo de tempo 61 em que ocorre essa variação de velocidade (Dt). Em relação à aceleração angular, analise as assertivas a seguir, assinalando V para as verdadeiras e F para as falsas: ( ) É definida como a taxa de variação do deslocamento angular. ( ) É definida como a taxa de variação da velocidade angular. ( ) Chamada de aceleração rotacional, devido as suas características. ( ) Descreve a taxa de variação da velocidade vetorial. Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) F – V – V – F. b) V – F – F – V. c) V – V – F – F. d) F – V – V – V. e) F – V – F – F. 7. (UFPR) Um ponto em movimento circular uniforme descreve 15 voltas por segundo em uma circunferência de 8,0 cm de raio. A sua velocidade angular, o seu período e a sua velocidade linear são, respectivamente: a) 20 rad/s; (1/15) s; 280 π cm/s. b) 30 rad/s; (1/10) s; 160 π cm/s. c) 30 π rad/s; (1/15) s; 240 π cm/s. d) 60 π rad/s; 15 s; 240 π cm/s. e) 40 π rad/s; 15 s; 200 π cm/s. 8. Medir o ângulo de movimento permite analisar de forma eficaz não só a amplitude em que este movimento é executado, como também a sua correta execução, fornecendo ao avaliador um parâmetro interessante que pode ser incorporado à rotina de análise do paciente ou atleta, por exemplo. 62 Analise as assertivas a seguir, marque verdadeiro (V) ou falso (F) para as sentenças e depois encontre a alternativa com a sequência correta. ( ) A amplitude dos movimentos ativo e passivo pode ser medida com o auxílio de um goniômetro, que possui nível satisfatório de confiabilidade intraobservadores. ( ) A American Medical Association (AMA) recomenda que o registro da amplitude de movimento seja feito com base na posição neutra de uma articulação. ( ) O goniômetro é um instrumento largamente usado no diagnóstico fisioterapêutico para medir a amplitude de movimento articular. ( ) O goniômetro é um instrumento de medição ou de verificação de medidas lineares e/ou curvilíneas, dependendo da articulação. a) V – V – V – F. b) F – F – V – V. c) V – F – V – F. d) F – V – V – F. e) F – F – F – V. 63 CINÉTICA LINEAR 4.1 INTRODUÇÃO A cinética linear é o ramo da Biomecânica responsável em investigar as causas das mudanças na velocidade linear e, diferentemente da cinemática, o objetivo da cinética é investigar como essas forças externas ou internas podem influenciar o movimento, em geral. Dentre os principais conteúdos que devemos entender e que podem justificar essas mudanças, estão as Leis de Newton, conforme descreve Watkins (2014). As leis de Newton são melhores observadas, tendo em vista que, o corpo humano pode gerar forças, neste caso, as internas; bem como resistir às ações das forças externas durante a realização dos movimentos, deixando clara a importância de considerar-se as Leis de Newton para a investigação desses aspectos. A cinética, conforme apresentado em capítulos anteriores, permite compreender como as forças musculares e articulares, conhecidas como forças internas atuam no sistema, para que o movimento ocorra e ainda, as forças externas envolvidas de forma direta para a realização do movimento ou mesmo manter um corpo na posição estática. Em análises biomecânicas, compreender as ações conhecidas como estáticas e dinâmicas é essencial para a análise do movimento em si. Neste sentido, as Leis de Newton aparecem novamente como base fundamental para que o movimento seja analisado de forma assertiva, mediante conceitos considerados cientificamente validados. Neste sentido, as causas e os efeitos devem ser considerados, pois o movimento deve ser compreendido de forma integral, o que provém ferramentas suficientes para que o treinamento seja otimizado. E neste caso, é importante que o profissional de Educação Física/treinador foque o programa de treinamento não apenas na performance, mas também na prevenção de lesões, cujo conhecimento acerca dos aspectos que cerceiam o movimento humano, em geral, permanecem escassos. Enfim, Hamill et al. (2016) descrevem a importância de considerarmos as diferentes forças empregadas para a produção de um movimento, bem como parar, acelerar ou mesmo mudar a direção do objeto e/ou do corpo no espaço. É importante considerar-se os diferentes elementos que tendem a influenciar e atuar UNIDADE 04 64 diretamente sobre o movimento humano, dos quais destacam-se: o peso corporal, o atrito e ainda as resistências, do ar e/ou da água. 4.2 COMPOSIÇÃO E RESOLUÇÃO DE FORÇAS Em termos conceituais, entende-se as forças concorrentes como forças que são aplicadas no mesmo ponto e, desta maneira, estarem perpendiculares, na mesma direção e sentido, ou ainda, na mesma direção e em sentidos diferentes. O somatório de todas as forças que atuam sobre um determinado corpo é conhecido como “força resultante”, as quais podem ser iguais ou diferentes de zero, conforme descreve Hall (2016). Em análises vetoriais (das forças atuando sobre um determinado corpo), é considerado vetor nulo o que se apresenta similar a um ponto qualquer no sistema cartesiano; por outro lado, é considerado diferente de zero, quando o vetor passa a ser considerado resultante, devido as suas características básicas: uma direção, um sentido e uma magnitude. Pode ser encontrada graficamente por meio da construção de um paralelogramo (HALL, 2016). A força resultante é considerada a diagonal do paralelogramo, ou seja, o resultado das duas forças, que gera uma força resultante. A força resultante é caracterizada por ser a formada a partir da combinação das forças originais com sua origem no mesmo local. As linhas que cruzam paralelamente as forças originais criam um paralelogramo. Quando os vetores de força aumentam, a linha que cruza o centro do paralelogramo a partir do ponto de partida dos vetores é conhecida como a magnitude e a direção da força do vetor resultante (Figura 10). Figura 10: Sistemas de forças concorrentes. (a) As forças concorrentes de mesmo hemisfério e (b) Forças concorrentes de hemisférios opostos. Vale destacar que os pontos a e b são os pontos considerados de aplicação das forças e o ponto c representa o vetor da força resultante R. 65 Figura 10: Sistemas de forças concorrentes Fonte: Disponível em: https://bit.ly/3siggAE. Acesso em: 17 nov. 2021 Dentre as possibilidades de obter a força resultante, destaca-se o uso da “regra do paralelogramo”. A partir dessa lei, entende-se os ângulos iguais ou diferentes de 90°. De acordo com a Lei da Inércia (1ª de Newton) entende-se a ação de um corpo sobre outro de forças conhecidas como concorrentes; este mesmo corpo estará em equilíbrio quando a resultante de sua soma vetorial for nula. Um estilingue ou arco e flecha, é um exemplo claro desse conceito. À medida que o ângulo entre as duas forças aumenta, a força resultante diminui, chegando ao mínimo quando as forças estão alinhadas e atuam em direções diretamente opostas, isto é, quando o ângulo entre elas se torna 180°; esse é um sistema essencialmente paralelo, com uma força positiva e a outra negativa (HOUGLUM e BERTOTI, 2014; LIPPERT,2018). Por outro lado, quando o ângulo entre as forças se torna menor, a força resultante aumenta. Quando o ângulo se torna zero, as forças estão alinhadas (ou paralelas) e na mesma direção, portanto, a força resultante é a soma das duas. Como os vetores componentes produzem o vetor resultante e o centro de movimento para os segmentos do corpo é uma articulação, sabemos que os dois vetores existentes que produzem o vetor resultante atuam para girar ou mover o segmento para perto da articulação ou em direção a ela (HOUGLUM e BERTOTI, 2014; LIPPERT, 2018). https://bit.ly/3siggAE 66 Figura 11: Resultantes de forças que atuam no músculo deltoide (porção clavicular) Fonte: Adaptado LIPPERT(2018) No caso específico do músculo deltoide, a tração das forças atuando de maneira diferente, gera uma força resultante capaz de provocar um movimento que se aproximaria mais da direção da parte clavicular (Figura 12), fazendo o ombro flexionar e abduzir diagonalmente na direção anterior e lateral (LIPPERT, 2018). https://bit.ly/3M05gA0 67 Figura 12: Resultante de forças diferentes dirige-se para a de maior força (magnitude) Fonte: Adaptado LIPPERT (2018) As forças paralelas ocorrem no mesmo plano e podem ter o mesmo sentido ou sentidos contrários. É um sistema levemente mais complicado, no qual todas as forças possuem a mesma orientação, mas não a mesma linha de ação, o que faz com que esses vetores de força sejam considerados paralelos uns aos outros, devido à ação da linha de força que atua sobre um ponto específico. Nessa situação, ainda existem apenas forças ao longo de um eixo, mas também existem momentos a se considerar, conforme descreve (HOUGLUM e BERTOTI, 2014; LIPPERT, 2018). Tratando-se da articulação musculoesquelética, como por exemplo do deltoide, uma das forças é produzida pelo músculo, e a outra força é gerada pelo contato e o ponto de rotação, considerado o centro de rotação da articulação. Hewitt (2012) destaca que as duas forças, as concorrentes e as paralelas, podem ocorrer de duas maneiras, a destacar: do mesmo lado ou ainda, em lados diferentes do centro de rotação. Um exemplo simples desse sistema de forças pode ser representado por duas crianças sentadas em uma gangorra. As forças são as duas crianças e a força contrária é a barra de apoio no meio, que permite um movimento de rotação quando uma força é maior do que a outra. McGinnis (2015) destaca a ação das forças atuando sobre o corpo humano, mais especificamente, o autor destaca as mudanças de direções e sentidos dessas forças, que ocorrem para que muitas vezes um corpo realize algum movimento, em diferentes planos e eixos anatômicos. É importante considerarmos as ações das forças, não apenas em situações consideradas “dinâmicas”, uma vez que quando estamos parados, as forças podem atuar, porém de uma maneira um pouco diferente, neste caso, o objetivo do corpo 68 é buscar manter-se em equilíbrio estático. McGinnis (2015) descreve que um importante fator que incidirá sobre a manutenção ou não deste equilíbrio depende basicamente das forças externas (manipulação). É importante lembrar que as ações das forças externas são fundamentais para a manutenção do equilíbrio, tendo em vista que o corpo precisa vencer a todo momento o estado constante de “desequilíbrio”, como por exemplo, no controle postural ou em movimentos que demandam precisão em sua execução. A análise biomecânica do movimento humano depende das diferentes forças que atuam sobre um determinado corpo e, para tal, a compreensão das forças resultantes, de seus componentes de força, bem como da decomposição destas permitirá ao avaliador compreender de forma mais completa como o corpo/objeto consegue manter-se em equilíbrio. E ainda, de acordo com o autor, a maioria das forças que ocorre dentro do corpo ou sobre ele é aplicada em ângulos em relação ao segmento em vez de em um sistema paralelo (MCGINNIS, 2015). Neste sentido, surge a resolução de forças, sistema que pode auxiliar a entender melhor esses tipos de aplicações, dividindo-a em suas duas forças componentes. Podemos usar essa resolução para visualizar o efeito dessas forças angulares sobre o corpo, determinar o torque produzido por elas e, ainda, calcular a magnitude das forças musculares e articulares desconhecidas. Todo esse processo pode ser explicado através do princípio matemático de qualquer número, o qual pode ser representado por dois ou mais números diferentes (7 pode ser representado por 6 + 1 ou 5 + 2, por exemplo). Como um vetor de força é um número, podemos estender esse princípio para dizer que qualquer vetor pode ser representado por dois ou mais vetores. A resolução de um vetor de força, portanto, é a divisão de um vetor em dois ou mais vetores componentes, os quais são as forças cujas magnitudes e direções combinadas produzem um único vetor conhecido como vetor resultante (HOUGLUM e BERTOTI, 2014). Para entender os componentes de força, vamos classificar os diferentes tipos de força e, em seguida, a composição e a decomposição de forças. No que tange aos movimentos corporais, o indivíduo está exposto a mais de uma força, conforme mostrado nesta Unidade. Portanto, em análises biomecânicas, considerar a decomposição das forças (somatório das forças) que atuam sobre um corpo seria a maneira mais confiável de quantificar quais e como essas forças, internas e/ou externas atuam sobre o corpo. Em adição, Houglum e Bertoti (2014) 69 trazem o conceito de força líquida, que para alguns autores pode ser entendida como “força resultante”, e para esses autores trata-se de uma força conhecida como “líquida”, obtida a partir da soma de todas as forças externas que atuam sobre o objeto, sendo que esta soma não é algébrica e, sim, vetorial. Lippert (2018) e McGinnis (2015) destacam a importância da adição dos vetores para o cálculo das forças atuantes sobre o corpo, em particular a resultante, e evidencia a adição de vetores como forças deve ser feita considerando-se não apenas a soma dos números que representam seus tamanhos, bem como as direções que essas forças atuam. Figura 13: Um ginasta pendurado em uma barra na horizontal, que representa o diagrama de corpo livre e mostra as forças externas que atuam sobre esse ginasta. Fonte: Adaptado MCGINNIS (2015) Ao contrário de combinar duas ou mais forças em uma única resultante, geralmente, o que se encontra é a decomposição de uma força em dois componentes dispostos formando ângulos retos um em relação ao outro. Neste caso, a decomposição dessas forças tem como objetivo determinar a quantidade de força que está sendo liberada, na direção perpendicular e, ainda, paralelamente. 70 Inicialmente, as forças aplicadas podem ser associadas a uma única resultante e, depois, esta resultante pode ser decomposta nos componentes horizontal e vertical. A decomposição das forças pode ser feita também a partir de uma outra perspectiva, em que os componentes horizontal e vertical passam a ser considerados, de maneira separada, e determinam os vetores resultantes nas direções horizontal e vertical, elementos estes que devem ser considerados. Em todo caso, se uma força tem um componente vertical intrusivo e uma segunda força tem um componente vertical extrusivo, uma direção deve ser selecionada como negativa e a outra como positiva; assim a adição resultará em um valor final correto (MCGINNIS, 2015, p. 12). Na prática, se pensarmos em um atleta de arremesso de peso que exerce uma força de 100 N sobre o implemento em um ângulo de 60° com relação à horizontal. Tendo em vista que a massa do implemento (peso) é igual a 4 kg. Para obtermos, por exemplo, o valor da forçalíquida atuando no arremesso, é necessário em primeiro lugar, determinar o peso do implemento, conforme será descrito logo abaixo, em etapas: 1º Considerando o valor de g igual a 10 m/s2, temos valor do peso total do implemento, obtido por meio da fórmula: P = mg = (4 kg) (10) = 40 N, conforme mostra a Figura 14. 2º A identificação da força externa líquida pode ser feita, adicionando-se graficamente os 40 N do peso à força de 100 N exercida pelo atleta. 3º A partir dos dados levantados até aqui, é possível construir/representar graficamente a solução, que se assemelha à representação gráfica mostrada na figura 15. 4º Medindo-se a força resultante, obtém-se o valor estimado de 68 N, sendo que esta força tende a atuar para cima e para a direita, formando um ângulo com a perpendicular, um pouco menor que 45°. E em relação à força de 100 N, pode ser representada de forma gráfica, atuando para frente e para cima em um ângulo de 60° como um par de forças. 5º É possível, com a representação gráfica estabelecida, a partir do diagrama de corpos livres, entender que ambas as forças são chamadas de componentes horizontal e vertical da força de 100 N. Componentes são as partes que formam um sistema. No caso, são as partes que formam ou têm o mesmo efeito que a força de 100 N. 71 Figura 14: As forças que atuam sobre um arremessador de peso Fonte: MCGINNIS (2015) Figura 15: Determinação gráfica da força resultante agindo no arremesso Fonte: MCGINNIS (2015) A partir do exemplo acima é possível decompormos a força em suas respectivas componentes, tendo em vista ser possível somarmos essas duas componentes de força que atuam sobre o corpo, a horizontal e a vertical. Por meio do teorema de Pitágoras pode-se realizar a equação matemática, o cálculo do 72 triângulo retângulo. McGinnis (2015) descreve a decomposição de forças como algo que torna mais fácil a compreensão das forças que atuam sobre um corpo, incluindo suas diferentes variáveis, que interferem de forma evidente nessa ação. De fato, os componentes permitem que as forças horizontais sejam algebricamente somadas, o que permite determinar a resultante horizontal e, ainda, as verticais, as quais permitem determinar a resultante vertical, adotando-se o mesmo princípio da adição vetorial. 4.3 CARACTERÍSTICAS E TIPOS DE FORÇA Hall (2016) define força como o resultado da interação entre dois corpos físicos, que atuam em contato direto uns com os outros, a qual deve ser sempre proporcional à aceleração empregada. Ainda de acordo com a autora, a força é um elemento essencial, sendo esta considerada uma derivada do impulso em relação ao tempo. O conceito de força pode ser definido em física como a compreensão prática de que, todo agente que é capaz de alterar o estado de movimento ou repouso de um corpo, e de acordo com Neumann (2018) consegue imprimir uma aceleração que seja a favor ou contrária ao movimento. Destaca-se ainda, que essas forças são expressas a partir de uma combinação da magnitude e da taxa de mudança da direção. A partir das ideias estabelecidas por Newton, em sua 2ª Lei - Princípio Fundamental da Dinâmica, podemos entender de forma clara a força que atua sobre um determinado corpo ou objeto no espaço, fazendo com este atinja uma aceleração determinada, tendo em vista sua massa e a força empregada durante o movimento. O cálculo matemático que representa essa Lei é dado a partir dos seguintes componentes: a força, a massa e a aceleração. Neste caso, a quantidade de uma força (F) pode ser medida pelo produto da massa (m) que recebe impulso ou tração, multiplicado pela aceleração (a) da massa, representada pela seguinte fórmula matemática: [𝐹 = 𝑚. 𝑎]. 9 73 Dada uma massa constante, uma força é diretamente proporcional à aceleração dessa massa: a medida da força produz a aceleração do corpo e vice- versa. Ainda de acordo com o autor, a força total é zero quando a aceleração da massa é zero. Nota-se que o padrão internacional de unidade de força é o Newton (N): 1 𝑁 = 1 𝑘𝑔 𝑥 1 𝑚/𝑠𝑒𝑐2. 10 Hall (2016) e McGinnis (2015) descrevem a importância de considerar-se em biomecânica os componentes que precisam ser considerados para que o movimento ocorra, dentre os quais: a) Ponto de Aplicação: Associado ao ponto em que é aplicada de forma direta uma determinada força. b) Sentido: Compreendida como um elemento que indica e/ou orienta a direção da atuação de uma determinada (para direita ou para esquerda, para cima, para baixo, para o centro). c) Direção: Considerada a linha de ação da força, que neste caso, pode ser horizontal, vertical ou diagonal, e permite que o corpo possa se locomover de um ponto a outro. d) Intensidade: É a relevância da força aplicada. Pode ser definida como a resultante dos vetores de força, e pode ser descrita, principalmente, de duas formas: em Newton (N) ou em Quilograma Força (Kgf). Uma força compõe aquilo que é conhecido como quantidade vetorial. Um vetor é uma representação matemática de qualquer coisa que é definida por seu tamanho ou magnitude (um número) e sua direção (sua orientação). Para descrever totalmente uma força, você deve descrever sua intensidade e direção (MCGINNIS, 2015, p. 20). E em relação aos tipos de forças, McGinnis (2015) descreve que podem ser categorizadas em internas e externas, conforme você verá a seguir: As forças internas atuam dentro do objeto ou sistema. As forças internas podem ser compreendidas, por exemplo, como a ação e a reação, as quais atuam em partes diferentes do sistema (ou corpo) conforme descreve Hall (2016). E, ainda, um aspecto importante em relação às forças internas, destacado por McGinnis (2015), é que essas forças têm a capacidade de alterar o segmento corporal em que 74 atuam de maneira direta, por outro lado, essas forças por atuarem em oposição, não são capazes de interferir no movimento do corpo como um todo. Na biomecânica do esporte, os objetos cujos movimentos nos interessam são o corpo do atleta e o implemento manipulado por ele. O corpo humano é um sistema de estruturas – órgãos, ossos, músculos, tendões, ligamentos, cartilagens e outros tecidos. Essas estruturas exercem força umas sobre as outras. Os músculos puxam tendões, que puxam ossos. Nas articulações, ossos empurram cartilagens, que empurram outras cartilagens e ossos. Se as forças puxam a extremidade de uma estrutura interna, elas são chamadas de forças de tração, e dizemos que a estrutura está́ sendo tracionada. Se elas empurram, são chamadas de forças de compressão, e diz que a estrutura está sendo comprimida. As forças internas mantêm as coisas juntas quando a estrutura está sendo tracionada ou comprimida. Às vezes, as forças de tração e compressão são maiores que as forças internas suportadas pela estrutura. Quando isso acontece, a estrutura falha e quebra. A falha estrutural no corpo ocorre quando músculos distendem, tendões e ligamentos rompem, e ossos quebram (MCGINNIS, 2015, p. 21). As forças internas que atuam sobre um determinado corpo podem ser vistas na Figura 16. Neste caso, podemos observar o atleta executando o arremesso, e as forças que atuam, previamente, ao lançamento do peso. Figura 16: Forças que atuam sobre o arremessador durante o lançamento de peso Fonte: McGinnis (2015, p. 21) 75 Enfim, as forças internas podem ser importantes no estudo da biomecânica do esporte e exercício, sobretudo, quando o foco da análise é direcionado a investigar a natureza e/ou a causa das mais diversas lesões. Por outro lado, entender as forças externas, como responsáveis em produzir qualquer mudança no movimento do centrode massa do corpo torna-se fundamental, e complementa o entendimento das forças que atuam sobre o corpo, conforme descreve McGinnis (2015). As forças externas atuam em um objeto como resultado de sua interação com o ambiente. De acordo com McGinnis (2015) tratam-se de forças, as quais podem ser classificadas em dois tipos: de contato e não contato. Grande parte das forças é considerada de contato e ocorre, principalmente, quando há de fato um “contato” entre um objeto e outro corpo, como por exemplo as FRS (forças de reação do solo), que representam o contato dos pés no solo. Por outro lado, forças de não contato, como o próprio nome já diz, ocorrem sem a necessidade de contato entre o objeto e o corpo, como ocorre por exemplo, na atração gravitacional da Terra. Em adição, McGinnis (2015) e Hall (2016) destacam que no esporte e no exercício, a única força de não contato com que se deve preocupar é a da gravidade que, quando atua sobre um objeto, é definida como o peso do objeto. Merecem destaque as forças de contato: Aquelas que ocorrem entre objetos em contato um com o outro, os quais podem ser sólidos ou fluidos. A resistência do ar e a da água são exemplos de forças de contato fluidas. As forças de contato mais importantes em esportes ocorrem entre objetos sólidos, como o atleta e algum outro objeto (MCGINNIS, 2015, p. 22). Nos esportes, a corrida pode ser considerada uma das principais modalidades que utiliza as forças de contato. E de acordo com McGinnis (2015) a combinação dos movimentos da corrida (ciclos e/ou fases) mostra uma alteração da aceleração do corpo, a qual deve ser constante, e o corpo assume uma posição do CM para frente e para cima durante uma passada de corrida, por exemplo. O autor destaca que esta maneira seria considerada a ideal, em termos de eficiência energética, propulsão e técnica, precisa que o corpo esteja em contato (pé) com o solo, empurrando-o para trás e para baixo. Uma outra componente da força de contato que deve ser considerada é a força de atrito (Figura 17). Trata-se de uma força determinada a partir de uma linha de ação que ocorre paralela às duas superfícies em contato (ex: na corrida, o pé e o solo) e se opõe ao movimento ou deslizamento que ocorre entre as superfícies. E 76 no caso específico da corrida, a força de atrito é a componente da força que atua para frente no corredor e para trás no solo. Figura 17: Representação da força de atrito e da força de contato normal, na iminência de um passo durante a marcha humana Fonte: McGinnis (2015, p. 23) O atrito pode ser classificado em: estático ou dinâmico. McGinnis (2015) destaca que o atrito estático é representado por forças desprezíveis, que atuam sem apresentar movimento relativo entre o corpo e outro objeto. Vale ressaltar que alguns autores reconhecem, ainda, o atrito limite, uma condição decorrente da descrição da máxima quantidade de atrito desenvolvida no momento anterior às duas superfícies começarem a deslizar. E o atrito dinâmico, conhecido como atrito de deslizamento ou cinemático, de acordo com McGinnis (2015) é uma situação decorrente do contato que ocorre entre duas superfícies que apresentam em movimento relativo entre si, sendo considerada a mais comum em gestos e/ou movimentos esportivos. https://bit.ly/350VbSO 77 4.4 LEIS DE MOVIMENTO DE NEWTON Os movimentos humanos são bastante complexos, haja vista, a enorme gama de possibilidades que envolvem cada um destes. De fato, para que os movimentos sejam analisados de forma precisa, a perspectiva aplicada por meio da biomecânica torna-se uma das ferramentas mais seguras e eficazes de fazê-lo, em que os resultados encontrados destas análises podem ser utilizados da forma mais assertiva quanto possível. Neste sentido, entender o movimento humano sob a perspectiva da biomecânica, significa atrelar o entendimento do movimento em termos qualitativos e/ou quantitativos, conforme visto na Unidade 2. De acordo com Hall (2016) e McGinnis (2015) cabe à mecânica investigar as ações físicas das forças, sendo dividida em duas subáreas: estática e dinâmica. A estática envolve o estudo de sistemas que se encontram em um estado constante de movimento, seja em repouso sem nenhum movimento ou movimentando--se em velocidade constante sem aceleração. Na estática todas as forças que atuam sobre o corpo estão balanceadas, ou seja, o corpo em equilíbrio. Já a dinâmica, envolve o estudo de sistemas em movimento com aceleração, lembrando que um sistema em aceleração está desequilibrado em virtude das forças desiguais em ação sobre o corpo. Em relação às forças, quando está atuando sobre um corpo, podemos ter respostas diferentes. De acordo com Hall (2016) algumas respostas irão depender da direção de cada força e da magnitude delas, portanto, essa resposta é chamada, dentro da terminologia da biomecânica, de resultante. Quando existem forças de direção e sentidos iguais, neste caso, a intensidade da força resultante é equivalente à adição das intensidades das forças que compõem em um mesmo sentido e na mesma direção. Por outro lado, caso essas forças atuem na mesma direção, porém em sentidos opostos, a resultante dessa força é igual à diferença entre as magnitudes das forças que compõem o vetor, o que gera um resultado final em que a força seja representada graficamente por uma direção e sentido iguais àquela encontrada na maior força componente (HALL, 2016; MCGINNIS, 2015). A seguir, você verá de forma detalhada cada uma das Leis de Newton, as quais devem ser consideradas na análise de qualquer tipo de movimento e, especificamente, no movimento humano são relevantes devido a sua importância 78 nestas análises. As Leis de Newton são conhecidas como: inércia, aceleração e ação-reação. A primeira lei, ou lei da inércia, descreve o estado de movimento ou repouso de um corpo no espaço. Um corpo em repouso, tende a continuar em repouso, bem como, um corpo em movimento, tende a continuar em movimento (MCGINNIS, 2015) dependendo da força que sobre eles é aplicada. Sendo que neste caso, é preciso que haja uma força extra para superar a inércia de um corpo e fazer com que ele se mova, pare ou mude de direção. Na prática, um exemplo interessante: “um patinador deslizando sobre o gelo continuará deslizando com a mesma rapidez e na mesma direção, a menos que uma força externa atue sobre ele” (HALL, 2016, p. 296). No caso do exemplo apresentado, deve-se considerar o atrito e a resistência do ar como sendo as principais forças presentes, e que atuam na desaceleração necessária dos patinadores, para que o movimento seja executado de forma controlada. E complementando, a segunda lei, conhecida como lei da aceleração, é aquela que trata da relação aceleração-força, em que a magnitude da aceleração empregada em um corpo/objeto depende da intensidade da força aplicada. McGinnis (2015) descreve que a aceleração pode ser definida como qualquer variação na velocidade de um corpo, e causa a mudança de direção do corpo/objeto no espaço. A força empregada é essencial para que essa aceleração seja suficiente a causar tal mudança do corpo/objeto, conforme descreve Hall (2016). Atrelada à segunda lei, temos um outro importante elemento, a massa de um corpo, considerada a quantidade total da matéria de um corpo. E neste caso, é importante compreender a aceleração sendo inversamente proporcional à massa de um corpo. Se a mesma força for aplicada a dois corpos de diferentes massas a aceleração do corpo de maior massa será menor do que o corpo de menor massa. A expressão algébrica da lei é a fórmula bem conhecida que expressa as relações quantitativas entre uma força aplicada, a massa de um corpo e a aceleração resultante de umcorpo: [F = ma] (HALL, 2016, p. 296). De fato, a segunda lei de Newton também se aplica a um corpo em movimento, conforme complementa Hall (2016): como por exemplo, nos esportes, quando um jogador de defesa do futebol americano que corre pelo campo é 79 bloqueado por um jogador adversário, constata-se que a velocidade do jogador de defesa após o contato é uma função da direção original do jogador, da rapidez, da direção e da magnitude da força exercida pelo jogador adversário, e esses fatores devem ser considerados ao calcular-se a força exercida no momento da ação analisada. E finalmente, temos a terceira lei de Newton, conhecida como lei da ação e reação e que, de acordo com McGinnis (2015), está associada à força de ação quando aplicada sofrerá uma reação contrária a esta força, de mesmo módulo e direção, porém em sentido contrário. A intensidade da reação é sempre igual à intensidade da ação exercida por um corpo sobre o outro, e ocorre sempre no sentido oposto ao primeiro corpo. E Hall (2016) traz um exemplo prático acerca desta lei, em que uma pessoa ao se apoiar contra uma parede, a parede “empurra” a mão de volta com uma força que é igual e oposta à força exercida pela mão sobre a parede. Neste sentido, a autora destaca que quanto mais forte a mão empurra a parede, maior é a pressão sentida sobre a superfície da mão que faz contato com a parede. Em biomecânica, a força de reação do solo pode ser considerada a representação clássica da terceira lei de Newton, e a análise do ciclo da marcha humana, o exemplo mais bem empregado para descrever tal lei. Os pesquisadores e profissionais da saúde quantificam e estudam essas forças de reação do solo (FRSs) ao analisarem diferentes padrões de marcha entre diferentes faixas etárias e entre indivíduos com condições incapacitantes. Os pesquisadores estudaram as FRSs que são produzidas a cada pisada durante a corrida para investigar os fatores relacionados com o desempenho e as lesões relacionadas com a corrida. A magnitude do componente vertical das FRSs durante a corrida sobre uma superfície plana geralmente corresponde a duas ou três vezes o peso corporal do corredor, com o padrão de força produzido durante o contato com o chão variando de acordo com o estilo de corrida (...) (HALL, 2016, p. 296). 80 Hall (2016) destaca ainda a lei da gravidade, como uma das contribuições mais significativas à revolução científica, sendo considerada por muitos o marco do início da ciência moderna. De acordo com Hall (2016, p. 298) “Todos os corpos são atraídos uns pelos outros com uma força proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles”. Neste sentido, temos a representação algébrica desta lei estabelecida da seguinte maneira: 𝐹𝑔 = 𝐺 [𝑚1𝑚2] / 𝑑2 11 A força de atração gravitacional é Fg, G é uma constante numérica, onde: [m1; m2, são as massas dos corpos]; [d, representa a distância entre os centros de massa dos corpos]. Em adição, Hall (2016) menciona que, para aplicações biomecânicas, a única atração gravitacional de consequência é aquela produzida pela Terra devido à dimensão total de sua massa. E, complementando, a taxa de aceleração gravitacional na qual os corpos são atraídos na direção da superfície da Terra (9,81 m/s2) é baseada na massa da Terra e na distância até o centro de gravidade. 81 FIXANDO CONTEÚDO 1. (CPCON 2019) As forças estudadas incluem tanto forças internas, produzidas pelos músculos, quanto forças externas, que atuam sobre o corpo. Para os treinadores, as avaliações biomecânicas são de extrema importância para a interpretação do “problema” e direcionamento treinamento. As análises do movimento humano podem ser enquadradas dentro de dois grandes blocos de avaliação. Após a leitura do texto motivador acima, é CORRETO afirmar que a análise do movimento humano pode ser: a) Qualitativa, pois implica que números não estão envolvidos; e quantitativa, pois diz respeito à descrição da quantidade, sem uso de números. b) Qualitativa, pois implica que números estejam envolvidos; e quantitativa, pois diz respeito à descrição da qualidade, com o uso de números. c) Qualitativa, pois implica que números não estejam envolvidos; e quantitativa, pois diz respeito à descrição exclusiva da qualidade. d) Quantitativa, pois implica que números estejam envolvidos; e qualitativa, pois diz respeito à descrição da qualidade, sem o uso de números. e) Somente qualitativa, porque não implica que números estejam envolvidos. 2. As Leis de Newton são os princípios fundamentais usados para analisar o movimento. Leia as afirmativas a seguir com relação às três Leis de Newton relacionadas ao movimento humano: I. A versão angular da primeira lei diz que um corpo em rotação manterá um estado de movimento rotacional constante a menos que sofra a ação de um torque externo. Ao contrário de sua contraparte linear (a massa), o momento de inércia de um corpo não depende apenas da massa do objeto, mas também da distribuição da massa com relação ao eixo de rotação. II. A segunda lei na sua versão angular diz que um torque externo produzirá a aceleração angular de um corpo que seja proporcional ao torque e esteja na direção dele, e que seja inversamente proporcional ao momento de inércia do 82 corpo. Desse modo, quanto maior o momento de inércia em relação ao eixo de rotação, menor é a aceleração angular resultante. III. A terceira lei expressa na forma angular mostra que para cada torque exercido por um corpo sobre outro, há um torque parecido e oposto exercido pelo segundo corpo sobre o primeiro. Os torques não são iguais porque dependerão da magnitude do torque do segundo corpo sobre o primeiro, além do grau de dureza dos materiais em contato um com o outro. Assinale a alternativa que contém as assertivas corretas: a) I, apenas. b) II, apenas. c) I e II, apenas. d) II e III, apenas. e) I, II e III. 3. (CESGRANRIO 2014) Um engradado com massa de 40 kg deve ser empurrado deslizando sobre uma superfície horizontal cujo coeficiente de atrito dinâmico vale 0,6. Considerando g = 10 m/s², o engradado apresentará um movimento com aceleração constante de 1,2 m/s² se a força, em N, nele atuante no sentido do movimento, for igual a: a) 144. b) 192. c) 240. d) 288. e) 380. 4. Segundo a cinética linear e os conceitos de massa, inércia e momento linear, está correto afirmar que: I. Massa é a quantidade de matéria que forma um corpo. II. Inércia é a relutância de um objeto estacionário em se mover, sendo a aceleração do objeto a medida de sua inércia. 83 III. Momento linear é o produto da massa de um objeto pela sua velocidade linear. a) Somente a afirmação I está correta. b) Somente a afirmação II está correta. c) Somente a afirmação III está correta. d) Somente as afirmações I e II estão corretas. e) Somente as afirmações I e III estão corretas. 5. (ADAPTADA - ITAME 2019) Quando uma pessoa empurra um caixa com uma força F, podemos dizer que esta é uma força de ação, mas conforme a ______ lei de ___________, sempre que isso ocorre há uma outra força com módulo e direção iguais, e sentido oposto à força de ação, esta é chamada força de reação. A opção que completa a descrição corretamente seria respectivamente: a) 3ª - lei de Newton. b) 1ª - lei de Ohm. c) 2ª - lei de Newton. d) 2ª - lei de Ohm. e) 1ª - lei de Newton. 6. Sobre as forças de contato e as forças de atração, é correto afirmar que: a) Forças de contato resultam do contato físico entre dois corpos, como por exemplo, uma bola de beisebol sendo rebatida pelotaco. Forças de atração tendem a fazer com que os objetos se movam um na direção do outro, estando os objetos em contato ou não, como por exemplo, o magnetismo do ferro. b) Forças de contato resultam do contato físico entre dois corpos, como por exemplo, o magnetismo do ferro. Forças de atração tendem a fazer com que os objetos se movam um na direção do outro, estando os objetos em contato ou não, como por exemplo, uma bola de beisebol sendo rebatida pelo taco. c) Forças de contato resultam de um eventual contato físico entre dois objetos, como por exemplo, uma bola sendo chutada por um pé. Forças de atração tendem a fazer com que os objetos se movam um na direção do outro, 84 obrigatoriamente, sem contato físico, como por exemplo, o magnetismo do ferro. d) Forças de contato resultam da tendência de movimento que um objeto possa exercer sobe outro, como por exemplo, uma bola sendo chutada por um pé. Forças de atração são resultado do contato físico entre dois corpos, como por exemplo, a gravidade da Terra. e) Forças de contato resultam do contato físico entre dois ou mais corpos, como por exemplo, uma bola sendo chutada por um pé e, em seguida, pelo outro. Forças de atração tendem a fazer com que os objetos se movam um na direção do outro, obrigatoriamente, sem contato físico, como por exemplo, o magnetismo do ferro. 7. (ENEM 2013) Uma pessoa necessita da força de atrito em seus pés para se deslocar sobre uma superfície. Logo, uma pessoa que sobe uma rampa em linha reta será auxiliada pela força de atrito exercida pelo chão em seus pés. Em relação ao movimento dessa pessoa, quais são a direção e o sentido da força de atrito mencionada no texto? a) Perpendicular ao plano e no mesmo sentido do movimento. b) Paralelo ao plano e no sentido contrário ao movimento. c) Paralelo ao plano e no mesmo sentido do movimento. d) Horizontal e no mesmo sentido do movimento. e) Vertical e sentido para cima. 8. A força é um dos componentes mais importantes a ser considerado no estudo do movimento humano, neste caso, na área de investigação associada à biomecânica. De fato, a força é estabelecida como o máximo de esforço produzido por um músculo na sua inserção, sendo esse conceito aplicado em biomecânica. Analise as alternativas a seguir e assinale a que apresenta os elementos que constituem a “Força” quando analisada sob a perspectiva da biomecânica. a) Ponto de Aplicação; Sentido e Ponto “Gatilho”. 85 b) Ponto de Aplicação; Direção e Intensidade. c) Sentido; Padrão e Intensidade. d) Ponto de Aplicação; Ponto “Gatilho” e Sentido. e) Ponto Fixo; Ponto Fulcro e Ponto de Aplicação. 86 CINÉTICA ANGULAR 5.1 INTRODUÇÃO Trata-se de uma área de investigação que se ocupa de analisar a quantidade de movimento angular de um corpo. A cinética angular, representada pelo momento angular do corpo, depende do momento de inércia e da velocidade angular aplicados sobre esse corpo. McGinnis (2015) menciona que o estudo da cinética angular permite entender aspectos que tratam da rotação, do giro em torno de um eixo ou dependendo do movimento executado ao redor de diferentes eixos de rotação, como por exemplo, uma patinadora, em que a quantidade de movimento angular do corpo depende do momento de inércia e da velocidade angular, com movimentos de giro/rotação em torno do próprio eixo. Ainda de acordo com McGinnis (2015) quando a força peso atua no centro de gravidade da pessoa, tende a não produzir torque e, portanto, seu momento angular não é alterado. Os torques são originados pelas forças de impulso, as mesmas que vão introduzir ou alterar o momento angular do corpo. Caso não seja aplicada a força de impulso, o corpo mantém seu estado de rotação, ou seja, conserva seu momento angular, conforme descreve Hall (2016). O momento angular depende em grande parte da distribuição da massa ao redor do eixo de rotação e, ainda, da velocidade angular adquirida. De fato, ele se conserva e não varia à medida que o torque total no corpo devido às ações externas seja igual a zero. Houglum e Bertoti (2014) destacam que, não havendo torques externos que atuem nesse corpo que não está girando/rodando, de fato, não haverá momento angular significativo (manter-se-á igual a zero) e sem girar/rotacionar ao redor do eixo. UNIDADE 05 87 5.2 TORQUE, CENTRO DE MASSA E DE GRAVIDADE 5.2.1 TORQUE Lippert (2018) define torque, ou momento de uma força, como a tendência que uma força excêntrica tem de rotacionar um corpo sobre o qual ela é aplicada. Na prática, podemos dizer que essa força excêntrica é a mesma força que é aplicada fora do centro ou em uma direção não alinhada ao centro de rotação onde se encontra um objeto com eixo fixo. Vale ressaltar que, em objetos sem eixo fixo, ou variável, é uma força aplicada de forma não alinhada ao CG do objeto, e a força excêntrica assume papel de protagonista, neste caso, pois é quem responde em grande parte pela manutenção do movimento ao redor do eixo, como no caso do salto rotatório de uma ginasta. Em termos práticos, a resultante da força aplicada num ponto de aplicação multiplicado pela distância entre esse ponto e o centro do corpo gera o torque, expresso pela seguinte equação matemática: [T = F x d], sendo essa medida expressa em Newtons/metro (N/m). Hamill et al. (2016) descrevem importantes exemplos de como o torque está presente nas nossas vidas, como no movimento de apertar e/ou afrouxar a porca do parafuso da roda do carro utilizando-se uma chave de boca para afrouxar a porca do parafuso. Temos ainda um outro exemplo do cotidiano, conforme descrevem Hall (2016) e Lippert (2018), relacionado ao ato de abrir uma porta, como um importante exemplo da aplicação prática do torque, sobretudo, quanto maior for a massa (peso) e o tamanho da porta. Se a porta for empurrada no centro, é necessário muito mais força para abri-la do que se a empurrasse em um ponto mais distante das dobradiças (eixo). Menos força é necessária para abrir a porta quando se aplica força mais distante das dobradiças porque seu braço do momento é mais longo. No corpo humano identificamos o torque por meio do movimento rotatório produzido em torno das articulações e seus respectivos eixos do movimento. Em adição, os músculos e as forças que atuam sobre o corpo produzem torque, enquanto os braços de alavanca dessas forças e os músculos são braços de momentos. Neste caso, entende-se a distância “d” expressa na fórmula do torque equivalente ao comprimento do braço do momento, do ponto em que a força é aplicada sobre o segmento do corpo até́ a articulação desse segmento. Quando a soma dos torques de todas as forças aplicadas em um corpo é igual 88 a zero, podemos considerar esse corpo em um estado de equilíbrio rotacional. Neste sentido, o torque também pode corresponder à magnitude da força necessária para que uma contração muscular promova o movimento de rotação articular, conforme descrevem Hamill et al. (2016). Vale ressaltar que o corpo humano “se move por uma série de rotações de seus segmentos, neste sentido, a quantidade de torque que um músculo desenvolve é uma medida muito proveitosa de seu efeito” (SÁ, PEDRÍLIO e BUSNARDO, 2013, p.7). De acordo com McGinnis (2015), o torque é fundamental no estudo dos movimentos de rotação, pois fornece o segundo critério do equilíbrio (o primeiro critério está baseado na 1° lei de Newton) no equilíbrio, o torque resultante é nulo. “A magnitude de um torque está claramente relacionada à magnitude da força que o está gerando, mas um fator adicional é a direção da força em relação à posição do ponto central” (SÁ, PEDRÍLIOe BUSNARDO, 2013, p.7). Esses autores destacam importantes aspectos que devem ser considerados na análise do torque, dentre os quais: os fisiológicos, definidos pela quantidade de fibras musculares e unidades motoras envolvidas na ação, além do tipo de fibra muscular. E ainda, os biomecânicos, os quais estão atrelados, sobretudo, ao ângulo das fibras musculares envolvidas, bem como o braço de alavanca, o braço de momento e o de resistência. De fato, o torque é uma grandeza vetorial e por termos condicionais abordaremos os vetores, mas utilizando uma convenção de sinais que possibilitará realizar somas algébricas quando vários torques em um dado corpo forem considerados. Em relação ao momento de força, Hewitt (2002) considera positivo (+) quando esse momento de força leva à rotação do corpo no sentido anti-horário e negativo (–) quando leva à rotação no sentido horário. Ainda de acordo com o autor, o módulo do torque é escalar (Figura 18). Portanto, o efeito de rotação depende da intensidade da força F e da distância d⊥ (perpendicular) ao eixo de rotação. O torque é calculado efetuando o produto da intensidade da força F pela distância (d⊥) desde a linha de ação da forca até o eixo de rotação (HEWITT, 2002). 89 Figura 18: O torque é representado pelo vetor τ ⃗, e este encontra-se perpendicular ao plano definido pelos outros dois vetores r ⃗ e F ⃗. Fonte: LIPPERT (2018) Para tal, a regra da mão direita surge como excelente mecanismo para identificar a direção do torque aplicado, o sentido da força e, consequentemente, o torque. Caso o torque seja no sentido positivo do eixo 0z, o giro será no sentido anti- horário (olhando contra o eixo z positivo) caso contrário, o giro será no sentido horário. A linha de ação, ou reta suporte, é a linha imaginária que determina a direção do vetor força. À distância d⊥ dá-se o nome de braço da força (Figura 19). O segmento de reta que define o braço da força é perpendicular à linha de ação da força aplicada e passa pelo eixo de rotação. O módulo do torque é dado por: MF = Fd⊥. A unidade de medida no Sistema Internacional (SI) é N.m. Figura 19: Representação do Braço de Força (em seres humanos) Fonte: HALL (2016) 90 Uma outra forma de caracterizar o torque é pelo sentido de “giro” que ele produz em relação ao eixo de rotação (que, neste caso, é o eixo 0z). Lippert (2018) sugere o uso da regra da mão direita, conforme apresentado na Figura 18. Podemos exemplificar a utilidade do torque quando se usa uma alavanca para levantar um corpo pesado do chão, no qual seria improvável carregar, mesmo que se utilizasse toda a força braçal. É também dela que se vale uma criança, numa gangorra, para levantar um adulto, sentado na outra ponta. Distanciar o ponto de aplicação da força nos leva a usar uma força menor. Nenhum torque é produzido, se a força está direcionada exatamente no eixo de rotação. Embora isso não seja possível, quando se trata de músculos, isso chega muito perto de acontecer (LIPPERT, 2018). Um exemplo interessante é a contração do bíceps branquial em extensão total ou parcial do cotovelo, que produz um torque muito pequeno. Em adição, à medida que o ângulo articular passa de 90° e se aproxima de 180°, o braço do momento diminui e a força de deslocamento aumenta. Ainda de acordo com Lippert (2018), esse momento ocorre devido à distância perpendicular entre o eixo da articulação e a linha de tração é muito pequena, e a força gerada pelo musculo é uma força estabilizadora, em que quase toda a força gerada é direcionada de volta para a articulação, aproximando os dois ossos. Porém, quando o ângulo de tração é 90°, a distância perpendicular entre o eixo da articulação e a linha de tração é bem maior, sendo que a força gerada pelo músculo é uma força angular, em que a maior parte da força gerada é rotatória e não estabilizadora da articulação, conforme mostra a Figura a seguir. 91 Figura 20: Efeito do braço de momento sobre o torque O braço de momento e a força angular são máximos a 90° Fonte: LIPPERT (2018) Houglum e Bertoti (2014) e Lippert (2018) descrevem que em casos de resistência externa, a força que atua sobre o corpo é considerada a própria resistência e, consequentemente, o braço de momento desta resistência é considerado a menor distância perpendicular entre o ponto de aplicação da força e o eixo de rotação da articulação. Vale ressaltar que De acordo com Houglum e Bertoti (2014), braço de momento significa a distância entre o eixo de uma articulação e o ponto de aplicação de força muscular, e para tal, basta mensurar o comprimento de uma linha traçada, perpendicularmente, ao vetor de força, que intersecta o eixo da articulação. Ainda de acordo com Houglum e Bertoti (2014), as linhas de ações dos músculos dificilmente atingem um ângulo de 90°, o que mostra que a inserção do músculo se encontra perpendicular ao osso. Neste sentido, quanto maior for o braço de momento para um determinado músculo maior será o torque produzido pelo músculo para a mesma magnitude de força. Para determinar quanta tendência para rotação existe em uma articulação (Valor do Torque), a formula é igual à Força (F) multiplicada pelo braço de Momento (BM) ou [T = F x BM], conforme pode ser visualizado na Figura 21, suas componentes. Pelo fato de o torque envolver força (F) e braço de momento (BM), a quantidade de força muscular necessária para produzi-lo depende do braço de momento do músculo (distância entre a linha de ação da força muscular e o centro de rotação ou eixo) e o braço de momento da resistência (CAMPOS, 2000). É importante ressaltar ainda que, a distância entre o eixo e a resistência é chamada de braço de resistência 92 (BR), que é a distância entre a articulação e a aplicação da resistência, conforme descreve esse mesmo autor. Na prática, temos um exemplo voltado ao treinamento de resistência (com pesos), no exercício rosca bíceps (flexão de cotovelos), o braço de resistência seria a distância entre o cotovelo e as mãos, exatamente no meio do centro de gravidade dos halteres, o que deve ser pensando sempre quando um membro corporal estiver paralelo ao solo, o BR será maior e, consequentemente, maior a produção do torque para que o segmento consiga “vencer” essa resistência. Campos (2000) destaca a gravidade como um importante elemento que age sempre verticalmente, para baixo, posição perpendicular ao braço da alavanca, e influencia a resistência a ser superada pelo indivíduo, juntamente com a carga imposta. No caso desse exemplo, o ponto de maior dificuldade do movimento é quando o cotovelo atinge 90º de flexão, logo, a distância entre o eixo (articulação) e o ponto de aplicação da força (inserção muscular), conhecido como braço de força (BF), atua de maneira a traçar uma linha imaginária, perpendicular ao vetor força, a qual intersecta o eixo da articulação (CAMPOS, 2000). Figura 21: O movimento de flexão de cotovelo, num ângulo de 90º, mostra a rotação articular em torno do eixo, e o braço de momento de força Fonte: CAMPOS (2000) Existem dois tipos de torque, no corpo humano o interno e externo. A ação dos músculos em suas integrações nos segmentos ósseos, produzem torques internos. Já, as forças que atuam fora do corpo produzem um torque externo. Por exemplo, os torques externos produzidos por uma barra com anilhas durante o movimento de flexão do cotovelo (rosca direta). A barra exerce um torque no sentido da ação da gravidade e os flexores do cotovelo exercem um torque na direção oposta. Podemos citar ainda o exercício de rosca bíceps. Os 93 halteres exercem um torque externo no sentido da ação da gravidadee o músculo bíceps exerce o torque interno na direção oposta. Os fatores que fazem o braço girar em sentido a extensão são o peso dos halteres (na mão) e a sua distância do eixo, o braço de resistência (CAMPOS, 2000, p. 27). O torque é um importante elemento, que é modificado conforme o braço de resistência sofre alteração (em relação à distância ao eixo perpendicular). Neste sentido, a força externa permanecerá constante, desde que a força aplicada pelo músculo atinja um ângulo tal que atue de forma direta sobre o comprimento do braço de resistência. Campos (2000) apresenta um método para calcular esses valores, o qual consiste em multiplicar a força peso pelo comprimento do braço de resistência [T = P x BR]. É importante destacar ainda que, a magnitude da força e o braço de momento são os principais fatores que atuam diretamente na mudança do torque (sentido e magnitude). Na prática, ao analisarmos um determinado músculo é possível perceber que o início da contração tem grande influência na quantidade de força a ser produzida. “O efeito da combinação destas mudanças, incluindo o comprimento do músculo e braço de momento em cada ângulo do movimento, produz diferentes torques em diferentes posições articulares” (CAMPOS, 2000, p. 29). No corpo humano, a maior parte dos movimentos envolvem a elaboração simultânea de tensão nos grupos musculares agonistas e antagonistas, conforme destaca Lippert (2018). Daí surge o torque efetivo, da diferença de tensão gerada nos músculos, e passa a ser concêntrico (torque), caso esse torque efetivo e o movimento articular estejam na mesma direção, e quando o torque atua em uma direção oposta ao movimento articular, é considerado excêntrico (HOUGLUM e BERTOTI, 2014). O momento resultante de um sistema de forças em relação a um “determinado eixo pode ser determinado a partir do torque resultante em relação a um determinado eixo, ou seja, a soma dos torques de cada uma das forças que compõem o sistema em relação ao mesmo eixo, conforme descrevem” (CAMPOS, 2000, p. 29). 5.2.2 CENTRO DE MASSA E DE GRAVIDADE O centro de massa (CM) pode ser definido como uma posição qualquer relativa a um objeto ou sistema de objetos. 94 É a posição média de todas as partes do sistema, ponderada de acordo com a massa de cada objeto. Em geral o CM pode ser encontrado por adição vetorial dos vetores de posição ponderada que apontem para o centro de massa de cada objeto em um sistema. No corpo humano o centro de gravidade (CG) coincide com o de massa. O CM é o lugar geométrico de massas e, portanto, independentemente de qualquer campo gravitacional, enquanto que, o centro gravitacional é o ponto de aplicação de vetor que representa o peso do corpo (MOCHIZUKI; AMADIO, 2003, p. 8). O CG de um objeto é o ponto em que se pode considerar que todo o peso do corpo está concentrado e ele depende do formato do corpo e da distribuição de massa. No corpo humano, o CG está localizado aproximadamente no nível da segunda vértebra sacral, conforme descreve Oatis (2014), estando o indivíduo em posição anatômica. É importante destacar ainda que esse local muda à medida que o formato do corpo se altera. Logo, quando uma pessoa se inclina para a frente, o seu centro de gravidade muda para os planos anterior e inferior. O local do CG também é influenciado pelas alterações na distribuição da massa corporal. O local do CG de uma pessoa é importante nos esportes e outros movimentos rápidos porque simplifica a utilização da segunda lei de Newton. Mais importante, de um ponto de vista clínico é o efeito do CG no equilíbrio. Para movimentos nos quais a aceleração é desprezível, pode ser mostrado com a primeira lei de Newton, que o centro de gravidade deve estar contido na base de suporte de uma pessoa para manter o equilíbrio. Considere a situação de uma pessoa preocupada em cair para a frente. Suponha que nesse momento exista uma força de reação ao solo nos seus dedos dos pés e calcanhares. Quando ele estiver na posição ereta, seu centro de gravidade estará atrás de seus dedos, portanto, existe um momento anti-horário nos seus dedos (Figura 22 A). Essa é uma posição estável, já que o momento pode ser equilibrado pela força de reação ao solo em seu calcanhar. Se ele se inclinar para a frente, curvando os quadris para tocar o solo, e avançar demais, seu centro de gravidade se moverá para a frente de seus dedos e o peso da parte superior do corpo produzirá um momento no sentido horário em seus dedos (Figura 22 B). Já que não existe suporte à frente, esse momento é desequilibrado e o homem cairá para a frente. Entretanto, se além da flexão do quadril, ele realizar uma flexão plantar dos tornozelos enquanto mantém os joelhos retos, ficará em uma posição estável com seu centro de gravidade posterior aos seus dedos (Figura 22 C) (OATIS, 2014). 95 Figura 22: O CG representado na figura em três condições diferentes de equilíbrio, em que o CG é modificado em relação a sua condição inicial Fonte: OATIS (2014) Nas condições (A), representa a posição ereta normal e não haverá problemas para manter o equilíbrio; (B), quando o homem se inclina flexionando o abdome seu CG tende a deslocar-se anteriormente, o que altera a base de suporte e gera um desequilíbrio; (C), o homem precisa realizar uma flexão plantar dos tornozelos, uma estratégia para manter seu equilíbrio. 96 5.3 SISTEMA DE ALAVANCAS DO CORPO HUMANO Pode-se dizer que o movimento humano é gerado a partir das forças musculares, sendo o músculo esquelético, inserido em ossos, o principal mecanismo muscular, e que depende de um conjunto de articulações para que se mova, o que pode ser compreendido em biomecânica como: alavancas anatômicas ou bioalavancas. Conhecendo bem o sistema é possível utilizá-las de forma mais eficiente para maximizar os esforços musculares do corpo. Lippert (2018) descreve as alavancas como barras rígidas que giram em torno de um eixo de rotação ou fulcro. Esse eixo é o ponto de rotação em torno do qual a alavanca irá se mover. A alavanca gira em torno do eixo como resultado da força que é aplicada a ela para provocar o seu movimento contra uma resistência. No corpo humano, os ossos representam as barras, as articulações representam os eixos, e os músculos se contraem para aplicar a força, chamada aqui de força motriz. Quanto ao nível de resistência, podemos dizer que ele pode variar do máximo ao mínimo, pois os ossos ou os pesos do segmento do corpo podem representar a única resistência aplicada. Uma alavanca cria uma vantagem de força ou distância no movimento. A classificação das alavancas como primeira, segunda ou terceira classe depende apenas das posições do eixo, do peso e da força uma em comparação às outras. Se o eixo é central, a classe da alavanca é I; se a resistência é central, a classe da alavanca é II; e se a força é central, a classe da alavanca é III (HOUGLUM e BERTOTI, 2014). Lippert (2018) descreve as alavancas similares às máquinas simples, cujo principal objetivo é facilitar ou otimizar a execução de um trabalho qualquer, incluindo as chamadas bioalavancas, aquelas encontradas no corpo humano, formadas pelos ossos e articulações. De fato, o autor destaca que todas as alavancas, independente de sua aplicação, possuem em sua estrutura ao menos um ponto de resistência, um ponto de apoio (ou fulcro) e um outro ponto onde é feita toda a força motora. Portanto, um corpo se encontra em equilíbrio estático quando a força resultante o momento resultante de todas as forças que atuam sobre ele for igual a zero. Ele pode estar parado ou se movendo a uma velocidade constante. Por outro lado, nem sempre essa condição poderá ser suficiente, e apesar de podermos verificar a primeiracondição, não haverá equilíbrio estático e, então, o corpo tenderá a girar em torno de um determinado ponto, conforme descreve Hall (2016) e Houglum e Bertoti (2014). 97 Em uma alavanca, para haver equilíbrio entre a potência e a resistência, é necessário que o produto da intensidade da potência pelo braço de potência seja igual ao produto da intensidade da resistência pelo braço da resistência. Para que uma alavanca se encontre em equilíbrio estático, três condições devem ser atendidas: 1ª) que a soma de todas as forças verticais (ou componentes de força) que atuam sobre o corpo sejam iguais a zero; 2ª) que a soma de todas as forças horizontais (ou componentes de força) que atuam sobre o corpo também sejam iguais a zero; 3ª) que a soma de todos os torques, idem às condições anteriores, também sejam iguais a zero (Adaptado de LIPPERT, p. 36, 2018). Floyd (2016) descreve um aspecto, que pode ser considerado um dos mais importantes, no que tange à ação prática do sistema de alavancas, que são as suas funções e, de acordo com o autor, essas podem ser divididas em três classes: a) Alavanca Interfixa ou alavancas de primeira classe: O Ponto de Apoio (Fulcro) está localizado entre a Força Potente e a Força Resistente. b) Alavanca Inter-resistentes ou alavancas de segunda classe: A Força Resistente está localizada entre o Ponto de Apoio (Fulcro) e a Força Potente. c) Alavanca Interpotente ou alavancas de terceira classe: A Força Potente está localizada entre o Ponto de Apoio (Fulcro) e a Força Resistente. Nas bioalavancas, todos os movimentos são produzidos a partir do torque, que envolve as articulações, os ossos e o sistema muscular, neste caso, o esquelético. Neste caso, o músculo ligado a um osso exerce sobre ele uma força, convertendo energia química numa tensão ou numa contração. Quando se contrai, um músculo encurta e puxa o osso, mas não pode empurrá-lo. Assim, no corpo humano, cada alavanca, além de seus componentes, é constituída pelas forças que atuam sobre ele: forças musculares, forças de contato nas juntas e forças decorrentes da atração gravitacional (FLOYD, 2016). Um exemplo prático da identificação do tipo de alavanca seria relacionado aos exercícios executados com peso livre, no caso do exercício “rosca bíceps”, para fazer a barra girar é necessário que a força exercida pelo músculo vença a resistência do peso, conforme descreve Floyd (2016). Neste contexto, temos as chamadas “bioalavancas” similares às alavancas, porém utilizadas com o intuito de movimentar-se os segmentos corporais (ex: a haste rígida encontrada nas alavancas é representada pelos ossos nas bioalavancas). Em todo caso, é importante em análises de bioalavancas, determinar os segmentos corporais envolvidos no movimento, além do próprio movimento (planos e eixos) que podem ser realizados. Esses aspectos são fundamentais para que o movimento, neste 98 caso, as bioalavancas sejam identificadas e trabalhadas de forma correta pelo profissional de educação física, em programas de treinamento, por exemplo. As figuras a seguir trazem um exemplo de cada um dos três tipos de alavanca no corpo humano. A Figura 23 traz a alavanca de 1ª classe, conhecida como interfixa, pois o ponto fixo está localizado entre o braço de potência e o de resistência, conforme pode ser observado nos movimentos a seguir: Figura 23: Exemplos de alavancas de 1ª classe Fonte: FLOYD (2016) A figura 24 traz a alavanca de 2ª classe. No caso da articulação do tornozelo, o objetivo é ter grande vantagem mecânica, ou seja, utilizar menos força na musculatura da panturrilha para vencer a resistência oferecida pelo peso do corpo. Neste caso, o intuito é utilizar menos força para gerar torque e, sem dúvidas, a alavanca de 2ª classe é a indicada. Figura 24: Exemplos de alavancas de 2ª classe Fonte: FLOYD (2016) 99 Na figura 25 é possível analisar a situação das alavancas produzidas de terceira classe, conhecida como interpotentes. Nessa situação, apesar da força ter que ser maior que a resistência, devemos lembrar que além da resistência não ser muito grande, o que importa neste caso é a agilidade. Figura 25: Exemplos de alavancas de 3ª classe Fonte: FLOYD (2016) Floyd (2016) apresenta um exemplo prático que é a marcha, ou mesmo a fase em que a perna está em balanço, ou seja, preparando-se para tocar o solo, em um ciclo contínuo que leva o indivíduo a deslocar-se de um ponto a outro. Neste caso, de acordo com o autor, quando levantamos uma das pernas, temos que nos importar com o peso desse membro, partindo-se do princípio de que é esse o torque produzido pelo peso desta perna para realizar o movimento, graças em sua grande parte pela ativação das unidades motoras necessárias que geram a contração e produzem força dos músculos do quadril para que este movimento seja, de fato, realizado. Há de se considerar que, no corpo humano, grande parte das alavancas são interpotentes ou de 3°classe, e representam uma desvantagem que pode ser mais propensas a gerar situações de lesões nos membros ou segmentos corporais diretamente envolvidos. Todavia, Floyd (2016) destaca que esse tipo de arranjo, promove uma maior amplitude de movimento no fim da alavanca e uma potencial vantagem em termos de velocidade do segmento distal (FLOYD, 2016). Ainda tratando-se das alavancas e quando aplicadas ao corpo humano, as bioalavancas, um aspecto que deve ser considerado, a chamada “vantagem mecânica”. De acordo com Lippert (2018), a vantagem mecânica é uma situação na qual conseguimos vencer uma resistência aplicando na alavanca uma força potente menor que a força resistente, em outras palavras, podemos definir como o 100 resultado da relação entre o Braço de Potência e o Braço de Resistência (VM = Braço de Potência/ Braço de Resistência), ou seja, permitindo superar uma determinada resistência com mais facilidade e menor taxa de esforço envolvida. Em biomecânica, os princípios da alavanca são utilizados para visualizar o sistema mais complexo de forças que produzem movimento no corpo (HALL, 2016). Neste sentido, devemos sempre observar os três elementos centrais de uma alavanca, que são: Eixo ou apoio (E): ponto de articulação, ou seja, onde ocorre o movimento dos segmentos estudados. Peso ou resistência (P): é a resistência externa imposta à contração muscular, que pode ser simplesmente a ação da força da gravidade ou alguma outra força externa. Força que move ou mantém (F): representa a força de contração realizada pelo músculo, e aqui, a quantidade de unidades motoras recrutadas torna-se fator relevante, além da quantidade de fibras musculares envolvidas. Hall (2016, p. 513) descreve o comprimento do braço de força em que este é diretamente “proporcional à vantagem mecânica, enquanto o braço de peso é inversamente proporcional à vantagem mecânica”. E, complementando a autora, quando o braço de resistência é igual ao “braço do esforço, em comprimento, será necessário um esforço de magnitude igual à da resistência para deslocá-la. Neste caso, nenhuma vantagem é ganha, mas esse tipo de máquina é útil para medir ou comparar pesos, como por exemplo, na balança comum” (HALL, 2016, p. 513-514). No momento que uma alavanca gira sobre seu eixo, todos os pontos da mesma percorrem um arco de circunferência e a distância cursada por cada ponto é proporcional a sua distância do eixo (FLOYD, 2016; HALL, 2016). E de acordo com o uso das alavancas temos: Vantagem mecânica = 1 [em que a força necessária para movimentar uma resistência é exatamente igual à resistência]. Vantagem mecânica > 1 [em que a força necessária para movimentar uma resistência é menor do que a resistência]. Vantagem mecânica < 1 [em que a força necessária para movimentar uma resistência é maior do que a resistência]. 101 5.4 MOMENTO ANGULAR E DE INÉRCIA O momento angular pode ser definido como o momento da quantidade de movimento em relação ao ponto O. Esse momento é definido quando uma partícula se move ao redor de um ponto fixo O, exercendo uma determinada força, a uma distância r desse ponto (LIPPERT, 2018). Em termos matemáticos, o momento angular, representado por H, é representado pelo produto entre momento de inércia e a velocidade angular: 12 Em adição, temos três fatores que podem afetar diretamente a magnitude do momento angular de um corpo: A sua massa (m); A distribuição dessa massa em relação ao eixo de rotação (k); A velocidade angular do corpo (ω). Neste sentido, se um corpo não apresenta velocidade angular, ele não apresenta momento angular. E, ainda, conforme a massa ou a velocidade angular aumentam, o momento angular aumenta, proporcionalmente. É importante ressaltar que o fator que influencia mais drasticamente o momento angular é a distribuição de massa em relação ao eixo de rotação porque o momento angular é proporcional ao quadrado do raio de giro. E para tal, as unidades de momento angular resultam da multiplicação de unidades de massa por unidades de comprimento ao quadrado e unidades de velocidade angular, dando origem a kg × m2/s. Hall (2016) e Lippert (2018) descrevem que, para um objeto multissegmentado como o corpo humano, o momento angular sobre um eixo de rotação é definido pela soma dos momentos angulares dos segmentos corporais isolados. Durante uma cambalhota no ar, o momento angular de um único segmento, como a perna, em relação ao principal eixo de rotação que cruza o CG corporal total é constituído por dois componentes: o termo local e o termo remoto. O termo local fundamenta-se no momento angular do segmento sobre seu próprio CG, e o termo remoto representa o momento angular do segmento sobre o CG corporal total. O momento angular para esse segmento sobre um eixo principal é a soma dos termos local e remoto (HALL, p. 356, 2016). 102 A figura 26 mostra um sujeito que se prepara para executar o chute. Neste caso, considerando-se a gravidade como a única força externa atuante, diz-se que o momento angular será conservado e, consequentemente, a força gravitacional que atua sobre o CG do corpo não produz torque porque d⊥ é igual a zero e, desse modo, ela não estabelece alterações no momento angular. Figura 26: O momento angular da perna suspensa é a soma de seu termo local, Isωs, com seu termo remoto, mr2ωg Fonte: HALL (2016, p. 357) Eventos que envolvem saltos, onde o corpo humano é submetido a rotações controladas com o corpo no ar, tendem a manter-se desta maneira devido ao princípio de conservação de momento angular, sendo este princípio considerado base para essas análises (movimentos rotatórios). No mergulho de um salto frontal com um mortal e meio, o atleta deixa o trampolim com uma quantidade fixa de momento angular (HALL, 2016; MCGINNIS, 2015). E, se buscarmos esse exemplo, veremos que a quantidade de momento angular presente no instante da decolagem permanece constante ao longo do salto, representa de forma clara, o princípio de conservação do momento angular. E complementando, conforme o saltador passa da posição de saída estendida para uma posição grupada, o raio de giro diminui, reduzindo assim o momento principal de inércia do corpo sobre o eixo transversal. Como o momento angular permanece constante, um aumento compensatório na velocidade angular precisa acompanhar essa diminuição do momento de inércia (HALL, 2016). 103 A inércia é a tendência de um corpo de resistir à aceleração, sendo que a inércia de um corpo é diretamente proporcional à sua massa (HALL, 2016). A segunda lei de Newton (Princípio Fundamental da Dinâmica) estabelece que quanto maior a massa de um corpo, maior é a sua resistência à aceleração linear. A resistência à aceleração angular também é uma função da massa de um corpo. Quanto maior a massa, maior é a resistência à aceleração angular. Entretanto, a facilidade ou a dificuldade relativa de iniciar ou de interromper um movimento angular depende de um fator adicional: a distribuição da massa em relação ao eixo de rotação, conforme descreve McGinnis (2015). Na prática, é possível perceber a ação do momento de inércia quando, por exemplo, em um taco de beisebol ou algum objeto semelhante evidencia-se que quanto mais próxima a massa concentrada estiver do eixo de rotação, mais fácil será girar um objeto. Alternativamente, quanto mais longe a massa estiver do eixo de rotação, mais difícil será começar (ou parar) o movimento angular. A resistência à aceleração angular depende, portanto, não só da quantidade de massa que um objeto apresenta, mas também da distribuição dessa massa em relação ao eixo de rotação. Neste sentido, a propriedade inercial para o movimento angular precisa, portanto, incorporar ambos os fatores (HALL, 2016). O momento de inércia do corpo humano como um todo também é diferente em relação aos diferentes eixos. Quando o corpo humano inteiro gira livre de apoio, ele se move ao redor de um dos eixos principais: o eixo transversal (ou frontal), o anteroposterior (ou sagital) ou o longitudinal (ou vertical), cada um deles passando através do CG corporal total. O momento de inércia em relação a um desses eixos é conhecido como momento principal de inércia. A Figura 14.6 apresenta estimativas quantitativas dos momentos principais de inércia para o corpo humano em várias posições. Quando um corpo adota uma posição flexionada durante uma cambalhota, seu momento principal de inércia (e a resistência ao movimento angular) sobre o eixo transversal é claramente menor do que quando o corpo está na posição anatômica (HALL, p. 354, 2016). De acordo com Hall (2016) o momento de inércia trata-se da propriedade inercial dos corpos em rotação que representa a resistência à aceleração angular; baseia-se tanto na massa, quanto na distância em que a massa está distribuída do eixo de rotação. O momento de inércia de todo um corpo é a soma dos momentos de inércia de todas as partículas de massa desse objeto: 𝐼 = ∑𝑚𝑟2 13 104 Nessa fórmula, m é a massa da partícula e r é o raio de rotação da partícula. a distribuição da massa em relação ao eixo de rotação é mais importante do que a quantidade total de massa corporal para determinar a resistência à aceleração angular, porque r está elevado ao quadrado. Uma vez que r é a distância entre uma partícula e seu eixo de rotação, os valores de r variam conforme o eixo de rotação varia (HALL, p, 352, 2016). Enfim, é importante destacar que o momento de inércia diz muito a respeito do estado rotacional de um objeto, e quanto maior esse estado, mais difícil será alterar o seu estado rotacional. Se analisarmos o movimento da “pirueta” na ginástica acrobática, por exemplo, veremos que em alguns momentos, o atleta muda o momento de inércia durante a rotação, buscando modificar algo relacionado ao giro dessa pirueta. No caso específico de uma pirueta executada na posição esticada ou em pé, o atleta deve iniciar o movimento com os braços abertos e, depois, trazê-los o mais próximos possível de seu corpo (recolha). De fato, ao adotar tal estratégia, o atleta busca reduzir seu momento de inércia, bem como facilitar o aumento da velocidade angular, o que permite que possa ser empregada maior rotação em torno do eixo e, consequentemente, esse atleta possa manter-se o maior tempo possível nessa posição específica. https://bit.ly/3vchhwc105 1. Das opções abaixo, qual delas influencia significativamente no comportamento do centro de gravidade no corpo humano? a) Características antropométricas e biomecânicas; Hábitos de vida e Família. b) Sexo; Composição Corporal e Nível Social. c) Patologias; Sexo e Características Psicológicas. d) Características antropométricas e biomecânicas; Patologias e Sexo. e) Patologias; Composição Corporal e Aspectos Educacionais. 2. Movimentos angulares ocorrem em torno de uma linha imaginária chamada eixo de rotação; desse modo, um atleta, ao realizar um giro em pé no eixo longitudinal (ou crânio caudal) ou um mortal para trás, no eixo transversal e na posição grupada, pratica movimentos que ocorrem em torno de um eixo que atravessa o centro de massa, mas com diferenças, principalmente, em relação ao grau de dificuldade. Assinale as alternativas corretas: I. O grau de dificuldade do giro em torno de eixo longitudinal será maior, pois o momento de inércia em torno do eixo é maior em relação ao giro no eixo transversal. Desse modo, a aceleração angular também será menor, devido o maior momento de inércia em relação ao eixo. II. A distribuição da massa em torno do eixo transversal é maior em relação ao eixo longitudinal, desse modo, a aceleração angular será maior no giro realizado no eixo longitudinal, já que há uma menor resistência à rotação em torno desse eixo. III. A massa do atleta está distribuída ao longo do eixo transversal com relativa proximidade a ele. Já com relação ao eixo longitudinal, a mesma massa estará a uma distância muito maior em relação ao eixo de rotação. Desse modo, o momento de inércia é maior no segundo caso. IV. A realização do giro em torno do eixo longitudinal terá um menor grau de dificuldade, pois o fator que influencia mais dramaticamente o momento angular é a distribuição de massa em relação ao eixo de rotação, porque o momento 106 angular é proporcional ao quadrado do raio de giro. Estão relacionados, com um menor ou maior grau de dificuldade, aos giros: a) Apenas I e II. b) Apenas I e III. c) Apenas II e IV. d) Apenas I, II e IV. e) Apenas I, III e IV. 3. Modalidades de luta como o judô necessitam de um grande equilíbrio corporal, pois se o oponente aplicar o “ippon”, por exemplo, que é o golpe que acontece na projeção com queda, o atleta cai com as costas por completo no tatame e perde a luta. Lembrando que o equilíbrio corporal está relacionado com a altura do centro de gravidade acima da base de sustentação, do tamanho da base de sustentação, da localização da linha da gravidade na base de sustentação e com a massa corporal. Assinale a alternativa correta acerca das características relacionadas ao equilíbrio corporal. a) Quando a linha do centro de gravidade do atleta se move para fora da base de sustentação, a estabilidade é perturbada e o centro de gravidade poderá cair em direção ao solo caso o equilíbrio não seja retomado rapidamente, por isso, ter um alto centro de gravidade aprimora o equilíbrio. b) O atleta terá um maior equilíbrio se antecipar uma força do oponente vindo em sua direção anteroposterior posicionando os pés nessa direção, com um pé na sua frente e o outro atrás, ajudando assim a manter o seu centro de massa dentro da base de sustentação. c) Quanto mais próxima à localização do CG do limite da base de sustentação, menor será o equilíbrio. Por isso, lutadores que lutam com as pernas estendidas têm um maior equilíbrio, além de uma maior velocidade para mover o seu centro de gravidade para fora da base de sustentação. d) Se o oponente aplicar uma força direcionada lateralmente, ele deverá abaixar o 107 seu centro de gravidade, flexionando os joelhos e o quadril, e deixar os pés próximos um do outro, assim ele manterá a linha da gravidade dentro de uma base de sustentação mais ampla. e) Quanto mais alto é o centro de gravidade e mais pesado é o atleta, mais estável ele ficará. Ao manter o seu centro de gravidade alto, ele conseguirá se mover mais rapidamente para fora da sua base de sustentação e, desse modo, aplicar o golpe rapidamente, além de ter um maior equilíbrio. 4. O stiff (imagem) é um exercício de força que tem como principais músculos recrutados os isquiotibiais, glúteos e eretores da espinha. O movimento desse exercício se inicia em pé, segurando uma barra com os braços estendidos e, em seguida, flexiona-se o quadril mantendo as pernas estendidas ou com uma pequena flexão dos joelhos. Ademais, a coluna deve ficar ereta durante todo o movimento. Fonte: https://bit.ly/33QJUns. Acesso em 25 nov. 2021. Assinale as afirmativas a seguir, relacionadas ao movimento realizado durante a execução do stiff, e classifique-as em verdadeiras (V) ou falsas (F). ( ) Após a posição ereta, conforme ocorre a flexão do quadril, a maior alavanca resistiva será quando o tronco formar um ângulo de 90° em relação à coxa e, consequentemente, nesse ângulo, também haverá o maior torque muscular para vencer a resistência. ( ) Durante a flexão do quadril, a barra deverá seguir uma trajetória onde permaneça sobre os pés, ou seja, sobre a base de apoio. Desse modo, haverá um https://bit.ly/33QJUns 108 maior equilíbrio para executar o movimento. Caso a barra ultrapasse a linha dos pés, haverá uma perda do equilíbrio para frente. ( ) O maior torque muscular será na posição ereta, pois nessa posição a barra estará mais próxima do quadril. Ao flexionar o quadril, haverá um aumento do braço de alavanca da resistência e, consequentemente, uma diminuição do torque muscular. ( ) Uma maneira de aumentar o torque muscular é realizar uma pequena flexão do quadril. Como o torque resistivo e o torque muscular seguem uma relação inversa, ao ter uma pequena alavanca resistiva, haverá um pequeno torque motor ou muscular. Assinale a alternativa que apresenta a ordem correta: a) V - V - F - F. b) V - F - F - F. c) V - F - V - F. d) F - F - V - V. e) V - F - V - V. 5. (ADAPTADA – SEAP 2004) Uma máquina que opera sob o princípio de uma barra rígida que sofre ação de forças que tendem a rodar a barra em torno de seu ponto de apoio é chamada de alavanca. Em biomecânica, os princípios da alavanca são usados para visualizar o sistema mais complexo de forças que utilizam o movimento rotatório do corpo. Através dos princípios que norteiam o sistema de alavancas, pode-se facilitar o movimento de um segmento ou dificultá-lo. Sobre os sistemas de alavancas, considere as seguintes afirmativas: I. As três forças da alavanca mecânica são o Eixo (ou apoio), o Peso (ou resistência) e a Força (que o move ou mantém). II. Em movimentos angulares ou em postura do corpo, o osso (ou segmento) é a alavanca, cujo eixo está na articulação. A contração muscular é a força que move ou mantém, e a resistência é o peso do segmento do corpo ou resistências 109 aplicadas. III. A vantagem mecânica da alavanca designa a razão entre o comprimento do braço de força e o comprimento do braço de peso. IV. Um aumento do comprimento do braço de força ou uma diminuição no comprimento do braço do peso (ou braço de resistência) resulta em maior vantagem mecânica. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa II é verdadeira. b) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. c) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. d) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras. e) As afirmativas I, II, III e IV são verdadeiras. 6. (IBADE 2019) No corpo humano, as alavancas são utilizadas para descrever segmentos ósseos e sua relação com o movimento. Existem três tipos de alavancas: de primeira classe, segunda classe e terceira classe.Assinale a alternativa que apresenta a descrição correta do tipo de alavanca indicado: a) Primeira classe – o ponto de apoio está entre a força muscular e a força de resistência, e essas forças atuam na mesma direção. b) Primeira classe – tanto o braço de força quanto o da resistência estão no mesmo lado do ponto de apoio. c) Segunda classe – a resistência está localizada mais perto do ponto de apoio e as forças musculares atuam na mesma direção, utilizando um braço de força menor. d) Terceira classe – o braço de força do músculo é mais longo do que o de resistência. e) Terceira classe – a resistência e a força muscular atuam em direções opostas, porém o braço de força é mais curto do que o braço de resistência. 7. O sistema ósseo provê as alavancas e os eixos de rotação em que o sistema 110 muscular promove os movimentos corporais. Sendo assim, considere que a alavanca é um mecanismo que amplia a força e/ou a velocidade dos movimentos corporais. Nesse sentido, a realização dos movimentos de plantiflexão e de extensão do cotovelo correspondem a que tipo de alavancas, respectivamente? a) Terceira e segunda classes. b) Terceira e primeira classes. c) Segunda e primeira classes. d) Segunda e terceira classes. e) Primeira e terceira classes. 8. Para realizar a alavancagem, as alavancas apresentam três pontos em sua constituição: o eixo (E), a força (F) e a resistência (R). Sendo assim, a disposição ou a localização dos três pontos em relação um ao outro determinam o tipo de alavanca e aplicação para a qual ela é mais adequada. Sabendo disso, como estão as disposições dos três pontos nas alavancas interfixa e na interpotente, respectivamente? a) F - E - R e E - F - R. b) E - F - R e E - F - R. c) E - R - F e F - E - R d) E - F - R e F - E - R. e) F - E - R e E - R - F. 111 INSTRUMENTAÇÃO EM BIOMECÂNICA 6.1 INTRODUÇÃO De fato, ao analisar um movimento qualquer devemos ter em mente que diferentes áreas do conhecimento atuam de forma integrada no sentido de fornecer um resultado, na teoria, mais eficaz. Neste sentido, integrar áreas de conhecimento com o objetivo de contribuir com o progresso, o desenvolvimento ou o aprimoramento das práticas corporais, incluídos os movimentos humanos, favorece também a relação das pessoas com a sua visão de mundo e de pertencimento a ele. Essa correlação interdisciplinar e multiprofissional consegue superar uma perspectiva restrita do mundo, promovendo o entendimento da realidade apesar da sua complexidade. Amadio e Duarte (1996) já afirmavam que cada componente curricular ou disciplina que tem como base de investigação o movimento humano — como a antropometria, a anatomia funcional, a neurofisiologia, a fisiologia geral, a bioquímica, a psicologia esportiva, a medicina desportiva, o ensino do movimento aplicado ao esporte, a sociologia, a física, a matemática e os processamentos de sinais eletrônicos, bem como a biomecânica — devem ser considerados em um contexto multidisciplinar e/ou multiprofissional, a fim de que seja possível compreender o movimento de forma mais ampla. A biomecânica analisa o movimento humano considerando as leis da física e as características específicas do aparelho locomotor. Tais análises são feitas com base na cinemetria, na dinamometria, na eletromiografia e na antropometria, conforme descreve Amadio e Serrão (2011), e estas análises podem ser aplicadas para qualquer tipo de movimento, finalidade e/ou objetivo. Dependerá do avaliador (professor e/ou treinador) definir os parâmetros que busca investigar, o que pretende com tal análise, enfim, é importante que em cada uma dessas análises, os resultados sejam de fato efetivados, visando a melhoria e/ou aperfeiçoamento de uma determinada condição. UNIDADE 06 112 6.2 CINEMETRIA, DINAMOMETRIA, ANTROPOMETRIA E ELETROMIOGRAFIA 6.2.1 Cinemetria O objetivo central da cinemetria é entender o movimento sem preocupar-se com suas causas e, neste sentido, é dever da cinemetria preocupar-se com a posição, o deslocamento, a velocidade e a aceleração de um corpo no espaço. A avaliação cinemática, considerada clássica em biomecânica, é feita a partir de câmeras de vídeo capazes de gerar um modelo anatômico e permitir a reconstrução tridimensional de segmentos do corpo em movimento, realizando uma sequência de imagens, na qual seus registros devem acompanhar o movimento espontâneo da técnica esportiva. Nesse caso, existem softwares específicos e sistemas de aquisição de sinais que permitem não apenas a captação das imagens, bem como dos sinais, o seu condicionamento e a interpretação dos mesmos. Uma das técnicas mais utilizadas é a cinemetria por meio de filmagem, que pode ser bidimensional (2D) ou ainda a tridimensional (3D), esta embora mais complexa, considerada a mais ideal para análises do movimento humano, sobretudo, os esportivos. Neste sentido, são fixados no corpo do avaliado, pequenos marcadores reflexivos (esféricos), os quais possibilitam ao computador e à câmera identificar a localização dos eixos articulares, conforme mostra a figura 18. Esse procedimento é indicado para avaliação da técnica para competição; desenvolvimento de técnicas de treinamento; monitoramento de atletas, entre outros (KNUDSON e MORRISON, 2001). Figura 27: Marcadores Reflexivos Fonte: McGinnis (2015, p. 384) 113 Figura 27: Marcadores reflexivos permitem a localização dos pontos anatômicos de interesse, feitos pela câmera e computador. A imagem à esquerda mostra os marcadores no sujeito sob condições normais de luz; e a da direita com o ajuste da iluminação e posicionamento da(s) câmera(s) o foco está nos marcadores. Enfim, a cinemetria é uma das técnicas que vem crescendo na área da biomecânica e, atualmente, a quantidade de opções, que vão desde câmeras e/ou softwares para análises, considerados de baixo custo, até os equipamentos que são encontrados em grande parte dos laboratórios de análises, neste caso, comerciais, cujo custo é mais elevado. Portanto, cabe ao treinador e/ou profissional de educação física com sua equipe, definir o método mais adequado a ser adotado visando levantar o máximo de dados relevantes possíveis acerca de uma determinado gesto motor, que pode ser uma simples marcha, ou ainda algo complexo, como um movimento combinado, ou mesmo esportivo. 6.2.2 Dinamometria A dinamometria trata da medição direta de variáveis cinéticas (força, torque, etc.) e tem como objetivo análise da técnica de movimento e da condição física; monitoramento de atletas; e controle de sobrecarga. Seu estudo é realizado por meio de duas técnicas: a utilização das plataformas de força e de pressão. Para aplicá-las, utiliza-se os dinamômetros eletromecânicos que permitem a quantificação de parâmetros como capacidade de produção de torque e de geração de trabalho para diversas musculaturas, potência muscular e fadiga. O equipamento mais utilizado em análises do movimento, especificamente da cinética, é a plataforma de força, equipamento este que permite captar as forças de reação do solo, em diferentes direções e sentidos, conforme descreve Amadio e Serrão (1996). Essas plataformas que possuem um formato retangular, com tamanho aproximado de 40 por 60 cm, consistem de duas superfícies rígidas e são interligadas por sensores de força, conhecidos como extensômetros. Esses equipamentos considerados de alto custo são usados em laboratórios clínicos de marcha, por exemplo, bem como em laboratórios esportivos (MANSOUR et al., 2018; MCGINNIS, 2015). Na Figura 28, você pode conferir a plataforma de força para medir a FRS. É 114 importantedestacar que além das plataformas de forças, temos os sensores de pressão, normalmente representados por “palmilhas”, cuja função é mensurar a pressão exercida pelos pés em torno de uma determinada área, neste caso, a análise da pressão e/ou distribuição do peso corporal em diferentes porções do pé (retropé, mediopé e antepé). A mensuração pode ser feita também por meio de um tapete fino. Figura 28: Plataforma de força para medir a Força de Reação do Solo (FRS) Fonte: McGinnis (2015, p. 387) Portanto, a dinamometria mostra-se um excelente mecanismo para obter-se dados relevantes acerca da força empregada em um determinado movimento, e as plataformas de forças surgem como os mais relevantes equipamentos para obter- se dados da força de contato do indivíduo com o solo, por exemplo, conhecido como força de reação do solo, muito investigada, sobretudo, nas áreas clínica e esportiva. 6.2.3 Antropometria A antropometria consiste na medida de algumas características físicas do modelo corporal, como altura, massa, peso, volume, densidade, centro de gravidade e momento de inércia da massa. Seu conhecimento é fundamental para realizar uma análise cinemática ou cinética dos movimentos normais e patológicos do corpo humano. Nela existe a pesagem hidrostática, uma técnica utilizada para 115 fracionar a massa corporal total, cujo resultado mostra a densidade corporal do indivíduo e que objetiva mensurar o porcentual das massas magra e gorda em atletas (MANSOUR et al., 2018). 6.2.4 Eletromiografia Conhecida como eletromiografia de superfície, ou ainda EMG, é a responsável por medir as forças produzidas durante o movimento (AMADIO e SERRÂO, 2007). Para a medição da atividade elétrica da musculatura contrátil, coloca-se eletrodos na pele do membro avaliado e os dados obtidos por meio da EMG indicam se o músculo está contraindo ou não. Seus objetivos incluem: Avaliação da coordenação e da técnica do movimento; Monitoramento dos atletas; Seleção de grupos musculares a serem recrutados numa determinada Habilidade; Reabilitação e reeducação muscular. 6.3 ANÁLISE DOS MOVIMENTOS DA MARCHA HUMANA, CORRIDA, SALTOS E ARREMESSOS 6.3.1 Movimentos da marcha A marcha humana é considerada um dos movimentos humanos mais investigados em pesquisas científicas da área de biomecânica e cinesiologia. A marcha é um elemento de desenvolvimento do corpo humano e através dela são decorrentes vários outros aspectos condição cardiorrespiratória, além de auxiliar na perda ou manutenção do peso corporal e, ainda, fortalecer vários grupos 116 musculares, dentre os quais: quadríceps, flexores do quadril, abdome, glúteos, panturrilhas (PERRY, 2005; MCGINNIS, 2015; ROSE e GAMBLE,1993). A marcha pode ser definida como uma sequência repetitiva de movimentos dos membros inferiores que, em sincronia, se movem a fim de projetar o corpo para frente, neste caso o CM dos segmentos e, consequentemente, o corpo todo, enquanto simultaneamente deve manter a estabilidade no apoio em um ciclo contínuo. Percebe-se que na marcha, assim como na corrida, enquanto um dos membros atua como uma espécie de suporte móvel, em contato com o solo, o membro contralateral “avança no ar”, equivalente à fase de balanço, o que evidencia que em uma marcha humana normal, os membros invertem os seus respectivos papéis a cada passo, atuando ora como apoio, ora como balanço (PERRY, 2005; MCGINNIS, 2015; ROSE e GAMBLE, 1993; ZATSIORSKY, 1998). 6.3.2 Ciclo da marcha De acordo com Rose e Gamble (1993) o ciclo da marcha humana é definido como a sequência simples do apoio e avanço de um único membro (figura 18). Portanto, é fundamental compreender que o ciclo da marcha humana é compreendido a partir do primeiro contato do pé com o solo e que vai até o próximo contato deste mesmo pé com o solo. Alguns autores dentre os quais, Floyd (2016) e Hall (2016) tratam o ciclo da marcha humana dividido em duas fases: a primeira, considerada a de apoio e a segunda, caracterizada como sendo a de balanço ou oscilação. A seguir, você verá cada uma dessas fases de maneira detalhada, a partir dos estudos feitos por (ROSE e GAMBLE, 1993; ZATSIORSKY, 1998): 1 Fase de apoio: período de tempo que o membro permanece em contato com o solo e sustenta o peso, e que corresponde a 60% do ciclo da marcha. Essa fase apresenta ainda uma subdivisão que também deve ser considerada: 1.1 Fase de toque do calcanhar, também conhecida como “contato inicial” em que o calcâneo se apoia no solo, empregando a primeira carga, neste caso. 1.2 Fase de contato ou de resposta à carga. Na prática ocorre quando a região plantar ou medial do pé entra em maior contato com a superfície do solo. Neste instante, o indivíduo apresenta uma oscilação do CG à frente, porém sem aumentar a carga de apoio sobre o pé ainda. 1.3 Fase de apoio médio, também conhecida como de deslocamento 117 anterior da tíbia, ponto no qual o peso corporal se move centralmente sobre o pé. 1.4 Fase de saída do calcanhar ou de apoio terminal, em que o corpo continua em seu “momentum” para frente. E aqui, observa-se de forma clara o calcanhar sendo elevado do solo, visando à preparação para o próximo passo, sendo que o calcâneo em apoio passa de uma posição mediopé para antepé. 1.5 Fase de propulsão (pré-balanço), é o componente final da fase de apoio, sendo que nesse período de tempo o membro permanece no ar. Vale ressaltar que essa subfase corresponde a 40% do ciclo total da marcha. A outra fase que deve ser considerada no estudo do ciclo da marcha, é a Fase de Balanço, que pode ser dividida em três subfases: 1Fase de balanço inicial (aceleração), em que o pé deixa o chão e se move, anteriormente, de uma posição ligeiramente posterior ao corpo para uma posição abaixo do corpo. Para que ocorra a aceleração do corpo à frente é necessário que o joelho se flexione com uma leve dorsiflexão do tornozelo. 2 Fase de balanço médio definida quando o membro está sob o corpo. 3 Fase de balanço final (desaceleração), que ocorre à medida que um dos membros inferiores continua a se mover na direção anterior, reduzindo sua velocidade (ex: quadril) ao preparar-se para outro toque do calcanhar, o que gera a desaceleração do membro, que visa um maior controle postural/corporal para a repetição do processo (ciclo). Figura 29: Ciclo da marcha humana normal Fonte: FLOYD (2016) 118 6.3.3 Movimentos da corrida De acordo com Floyd (2016), a corrida pode ser considerada a variação “natural” da marcha humana, uma vez que apresenta suas fases muito similares, embora aspectos biomecânicos, por exemplo, sejam distintos, dentre os quais: a força de reação do solo empregada, visando uma maior projeção do CG à frente, o que está associado à maior aceleração do corpo que deve ocorrer em uma corrida, sobretudo, quando eficiente. McGinnis (2015) descreve a corrida como um movimento cíclico, em que as fases de contato e oscilação se sucedem, e destaca que se trata de um gesto motor cuja atividade considerada complexa, envolve ações do sistema nervoso e grande parte dos músculos do corpo em uma conexão síncrona. Um importante aspecto a ser considerado é acerca da diferenciação entre caminhada e corrida, sendo que esta ocorre quando períodos de duplo apoio, ambos os pés em contato com o solo, dão lugar a um período de flutuação que é a chamado fase de voo e é identificado pela falta de contato com o solo de ambos os pés (FLOYD, 2016; HAY, 1981; NOVACHECK, 1990). A corrida é, então, caracterizada pela identificação de duas fases distintas: fase de apoio e fase de voo (MCGINNIS, 2015). A distância percorrida por cada passo completo durante a corrida échamada amplitude da passada ou comprimento da passada e, de acordo com Novacheck (1990), é considerado o número de passos dados em um determinado período, o que se conhece como a frequência da passada. E, por fim, o mesmo autor destaca a velocidade, variável essa que é determinada pelo produto da frequência pela amplitude da passada. E conforme destacado por McGinnis (2015), o elemento chave para se atingir a eficiência técnica e a otimização da https://bit.ly/3BMm6NS 119 performance é a manutenção, durante o maior tempo possível da frequência e do comprimento ótimos de passada ao longo da corrida. 6.3.4 Movimento dos saltos Nos esportes existem muitas modalidades que envolvem movimentos de saltos, e estes variam entre si, sobretudo, pelo objetivo que buscam alcançar mediante este importante movimento, o que incide, sobremaneira, na biomecânica do gesto. No caso específico do salto no atletismo, Hay (1981) destaca que o objetivo principal dos atletas, neste caso, é obter o máximo de deslocamento do seu CM em uma determinada direção, que pode ser horizontal, quando executado no salto em distância e/ou triplo; e ainda, o vertical, definido no salto em altura e, ainda, com vara. É importante destacar a corrida de abordagem, cujo principal foco do atleta deve ser o de obter a máxima velocidade horizontal no início e meio da corrida, e controlá-la nos instantes finais para conseguir a posição mais eficaz na entrada do salto. Hay (1981) afirma que a velocidade é um elemento que deve ser controlado em todo o processo (do salto), uma vez que o atleta não controlando sua velocidade final do salto, haverá um comprometimento do ângulo de saída. Em particular, Kennedy (1974) e Matthiesen (2017) descrevem a fase de impulsão específica do salto em distância (horizontal), a qual pode ser subdividida em quatro etapas, conforme você verá a seguir: 1ª) há o contato inicial do calcanhar com o solo e, neste momento, ocorre um movimento de bloqueio do pé de impulsão; 2ª) uma ligeira inclinação lateral do peso do corpo com relação ao pé de impulsão; 3ª) uma leve elevação do tórax, da cabeça e dos olhos; 4ª) a perna contrária aquela de impulsão é elevada. Kennedy (1974) e Matthiesen (2017) descrevem a importância da fase aérea, a qual é determinada pela velocidade inicial do vetor do CM pela aceleração gravitacional no instante da impulsão, e que uma vez iniciada, o atleta já não consegue alterar o deslocamento do seu CM, portanto, é evidente o ajuste da técnica do movimento e a influência da biomecânica no sentido de direcionar o movimento, o mais assertivo quanto possível. Trata-se de uma fase (aérea), cujo 120 objetivo é manter-se em equilíbrio corporal, bem como contribuir para conseguir uma boa posição na fase da aterrissagem. Uma condição destacada pelo autor para que isso aconteça é evitar-se as possíveis rotações do corpo em torno do próprio eixo. E, por fim, a aterrissagem, que de acordo com os autores é considerada a última fase do salto e representa o momento em que o atleta toca o solo. E na prática, caso o movimento não tenha sido bem executado na fase anterior, comprometendo a técnica de queda, na caixa de areia, o resultado final alcançado pelo saltador poderá, sem dúvidas, ser comprometido. 6.3.5 Movimento dos arremessos Este subcapítulo tem como foco os arremessos, mais especificamente realizados no atletismo. Embora ao tratar-se de arremessos, nos esportes, temos em várias modalidades, como por exemplo, no basquetebol e no handebol, a análise e descrição apresentada está limitada à modalidade atletismo, haja vista, a variação já apresentada dos arremessos na referida modalidade. De fato, os arremessos (de peso) para que sejam executados de forma eficaz precisam da ação balística dos membros superiores, o que faz com que o centro de massa dos segmentos do arremessador seja “projetado” para fora do centro de gravidade, em que o equilíbrio e o controle motor devem ser trabalhados de forma simultânea com a força explosiva de membros superiores. É importante destacar que as forças e o torque necessários para o arremesso devem ser tão eficientes para que o gesto consiga empregar a força e distância necessárias à massa, ou seja, ao objeto lançado, conforme indica Hay (1981; 1986). Neste sentido, deve-se observar a ação efetiva de outros segmentos, que rotacionam em torno do eixo: pés, quadril, coluna vertebral e ombros. Hay (1981) descreve diferentes técnicas associadas ao arremesso de peso, dentre as quais: “a parada, a ortodoxa (deslocamento lateral), a de deslocamento, a linear, a de costas (Parry O'Brien) e a mais moderna e começando a ser bastante utilizada a técnica de deslocamento em rotação (Barischinikov)”. Um fato importante a ser destacado é que essas diferentes técnicas do arremesso de peso demandam um trabalho em sinergia das articulações envolvidas e, neste caso, o ombro, o cotovelo, o punho e a mão assumem o fator principal para a execução 121 do referido gesto técnico/motor, lembrando ainda que, a preparação para a execução desse gesto técnico ocorre a partir da participação ativa dos membros inferiores (pés, joelhos e quadris), os quais são os responsáveis em transmitir a energia suficiente, por meio do segmento tronco. Enfim, para que ocorra um giro de um implemento ou segmento corporal é preciso que haja uma aplicação de força afastada do centro de gravidade do objeto ou do segmento, assim, o torque (ou momento de força) indica o produto da força pela distância perpendicular da linha de ação da força até o eixo de rotação (ACKLAND et al., 2011). 6.4 ESTUDO DA APLICAÇÃO PRÁTICA DA INSTRUMENTAÇÃO EM BIOMECÂNICA E CINESIOLOGIA O movimento humano é compreendido por meio da observação ou da mensuração, ou seja, considerando o deslocamento corporal, ou de seus segmentos, com padrões espaciais e temporais específicos, ou como resultado de um processo interno, integrado ao sistema nervoso central. No esporte o corpo se deslocar no espaço é um fato determinado pelo dinamismo, pelo vigor, pela beleza e pela velocidade, tendo em vista a maioria dos movimentos realizados e o aspecto observável capaz de atrair maior atenção dos profissionais. Assim, em muitas situações, os mecanismos internos responsáveis pela produção e pelo controle dos movimentos podem ser negligenciados, dando ênfase ao produto final, em detrimento à consideração mais aprofundada do processo que gera esse produto. Naturalmente, ao dar ênfase ao aspecto observável, o aparelho locomotor se destaca como foco de cuidado nas práticas esportivas. Conforme apresentado no subcapítulo 6.2, temos diferentes maneiras de analisar o movimento humano, neste caso, áreas de investigação, conforme descreve Amadio e Duarte (1996). Amadio e Duarte (1996, p. 11) reforçam que: o progresso das técnicas de medição, armazenamento e processamento de dados, contribuíram enormemente para uma análise mais assertiva do movimento humano, fornecendo ferramentas mais precisas e complexas para as análises tanto quantitativas quanto qualitativas de diferentes gestos, técnicas e movimentos, aplicados ou não aos esportes. 122 Graziano (2008, online) descreve que “o panorama atual da Biomecânica passa cada vez mais pelo recurso aos métodos formais avançados das disciplinas básicas, nomeadamente, Matemática, Física, Programação e pela sua combinação com as ciências biológicas, Anatomia, Fisiologia, Neurofisiologia, etc.”. De acordo com ao autor, isso é necessário para o desenvolvimento desta área, já que após o ganho descritivo sobre o movimento, a fase seguinte será retirar consequências. Conforme mostrado neste livro, no caso específico do esporte, o entendimentocorreto da modalidade dará ao professor/treinador maiores condições de compreenderem o desempenho, analisarem de forma correta tal gesto e ainda, poderem interpretar de forma mais assertiva um determinado gesto motor/técnico, evitando-se comprometer todo o processo. Ackland et al. (2011) evidenciam a importância do professor/treinador inserir em seu contexto multifatorial de análise do gesto técnico, as variáveis qualitativas e quantitativas de análise. Em geral, a análise quantitativa passa a ter uma predominância maior nas análises esportivas, sendo que essa análise envolve quatro categorias: imagens, dinamometria, eletromiografia e modelagem preditiva (simulação). De fato, tratam- se de técnicas cuja mensuração fornecem importantes dados acerca das análises cinemáticas e cinéticas do movimento. De acordo com Ackland et al. (2011), a cinemetria se caracteriza pelo uso de câmeras de vídeo ou opto reflexivas (óticas sem imagem visual que geram um modelo anatômico que, por sua vez, utiliza marcadores reflexivos) para registro do movimento. A dinamometria permite a medição direta de variáveis cinéticas (força ou torque) utilizando diversas tecnologias. O dinamômetro mais comum na biomecânica esportiva é a plataforma de força, capaz de medir as forças de reação do solo e seus componentes perpendiculares. A eletromiografia detecta os potenciais elétricos nas fibras musculares. O sinal da eletromiografia, depois do processamento apropriado, proporciona uma indicação do momento de ocorrência e do nível de ativação de um músculo ou grupo muscular. E, finalmente, a modelagem preditiva (antropometria) utiliza um modelo Matemático do corpo e um software de computação para primeiro fazer uma simulação (modelo de computação validado) e, depois, uma otimização (simulação no computador para otimizar uma faceta do desempenho). Enfim, a biomecânica e a cinesiologia contribuem para outras áreas, a 123 destacar a reabilitação e, ainda, a prevenção de lesões. No caso específico da reabilitação, ambas as áreas podem fornecer dados quantitativos, sobretudo, importantes para o tratamento mais assertivo a ser adotado pela equipe médica, por exemplo. Um exemplo clássico é na marcha humana, quando existem patologias e uso de técnicas corretas a serem empregadas pode contribuir muito para a melhoria da marcha, por meio da utilização de órteses, por exemplo, ou simplesmente pela correção do gesto, da maneira de executar o movimento da marcha, identificando-se (pela cinemática, na maioria dos casos) o padrão desse gesto, e as fases ou “pontos específicos” que devem ser direcionados ao tratamento mais eficaz. 124 1. O movimento pode ser definido como um deslocamento tanto de posição quanto de postura, que acontece ao longo do tempo e relacionado a algum local específico do ambiente. Considerando uma análise que prioriza a descrição de posições, bem como níveis de velocidade e aceleração dos corpos em movimento, identifica-se a: a) Estática. b) Antropometria. c) Eletromiografia. d) Estática. e) Cinemática. 2. (INESP – ENADE 2016) A biomecânica utiliza como métodos de medição de seus parâmetros quantitativos a cinemetria, a eletromiografia, a dinamometria e a antropometria. A cinemetria é um método de medição cinemática que busca, a partir da aquisição de imagens da execução do movimento, observar o comportamento de variáveis dependentes, tais como: velocidade, deslocamento, posição e orientação do corpo e de suas partes. SANTOS, S.S.; GUIMARÃES, F.J.S.P. Avaliação biomecânica de atletas paraolímpicos brasileiros. Rev. Bras. Med. Esporte, v.8, n.3, 2002 (adaptado). Considerando a definição acima, avalie as asserções a seguir e a relação proposta entre elas. I. A cinemetria é um componente relevante da biomecânica para o estudo dos movimentos corporais em atletas paralímpicos, por oferecer informações precisas sobre quais músculos são recrutados em cada movimento, sobre a atividade muscular durante o movimento, a intensidade e a duração do recrutamento muscular. 125 PORQUE II. O esporte paralímpico caracteriza-se pela alta performance física e técnica de seus praticantes e pela busca do máximo desempenho possível em cada uma das modalidades. A respeito dessas asserções, assinale a opção correta. a) As asserções I e II são proposições verdadeiras e a II é a justificativa correta da I. b) As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I. c) A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa. d) A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira. e) As asserções I e II são proposições falsas. 3. A instalação de laboratórios de análise biomecânica é necessária nos clubes de futebol para a avaliação de habilidades dos atletas. Métodos como mensuração da força de contato, ângulos e velocidades das articulações durante os movimentos de salto, corrida e chute são importantes para melhorar o desempenho do atleta. Com base nessa informação, assinale a alternativa correta. a) A eletromiografia verifica a atividade muscular e detecta o nível de fadiga muscular que ocorre no atleta durante o treinamento. b) A cinemetria é um método aplicado na análise qualitativa, pois permite a identificação da atividade muscular em ambiente 2 D. c) A análise biomecânica do chute no futebol é realizada em segundo plano, pois os atletas já têm predomínio na realização dessa técnica. d) A plataforma de força é uma das ferramentas mais utilizadas para identificar aspectos da flexibilidade dos jogadores e suas técnicas do futebol. e) A antropometria é responsável pela análise da força de reação do solo, das forças de contato e de apoio, muito utilizadas no futebol. 126 4. Uma boa análise técnica deve, na verdade, lançar mão de habilidades de raciocínio de ordem mais elevada do que a palavra 'analisar' implica (quebrar algo em partes). A análise técnica, altamente eficaz, deve avaliar o movimento para que sejam identificadas as virtudes e os defeitos e, em seguida, seja diagnosticado o desempenho para se prescrever a devida intervenção. É por isso que alguns estudiosos propuseram que a análise qualitativa da técnica seja denominada diagnóstico clínico. Sobre as tarefas consideradas importantes nas análises qualitativas, é correto o que se afirma em qual alternativa? a) O treinador faz uma análise do desempenho ruim na fase de intervenção. b) O treinador propõe adequações nas ações na fase de intervenção. c) O treinador avalia o desempenho do atleta na fase de observação. d) O treinador faz um diagnóstico das ações do atleta na fase de preparação. e) O treinador reúne informações específicas sobre o atleta na fase de avaliação. 5. O desempenho no esporte é considerado um verdadeiro fenômeno e indica o nível de execução dos movimentos. Trata-se de um componente analisado em cada um dos seus níveis, sendo analisado sob o ponto de vista sistêmico, tanto de processo quanto do seu produto. Considerando a “análise do desempenho esportivo”, o treinador deve: a) Dominar a prática de forma isolada para conseguir fazer demonstrações corretas. b) Considerar o seu conhecimento prévio em relação às bases de dados científicas. c) Priorizar os comandos mais lentos para não induzir o jogador ao erro. d) Utilizar a tecnologia mais acessível e apropriada para as suas análises. e) Preconizar a performance em primeiro lugar e, depois, as condições de saúde. 6. (FEPESE - 2014) A utilização da eletromiografia possibilita, além da avaliação do envolvimento de cada grupo muscular, a coleta de informações sobre: a) A atividade do músculo,a participação dos respectivos músculos na atividade e 127 o grau da contração dos respectivos músculos em cada movimento. b) A Atividade de todos os músculos, a participação direta dos respectivos músculos na atividade e o grau e a duração da contração dos respectivos músculos no movimento. c) A atividade de cada músculo ou parte dele, a ordem cronológica da participação dos respectivos músculos na atividade e o grau e a duração da contração dos respectivos músculos em cada movimento. d) O movimento de cada músculo ou parte dele, a ordem cronológica dos respectivos músculos na atividade e a duração da contração dos respectivos músculos em cada movimento. e) O movimento do músculo, da participação dos respectivos músculos na atividade e o grau da contração dos respectivos músculos em cada movimento. 7. “O estudo da cinemática inclui a descrição da marcha em termos de suas características espaciais e temporais (como e quando o pé encosta no solo), e como todo o corpo e seus segmentos se movem através do espaço” Fonte: HOUGLUM, P.A e BERTOTI, D.B. Cinesiologia clínica de Brunnstrom [traduzido por Jerri Ribeiro]. Barueri, SP: Manole, 2014). Tendo em vista o movimento dos membros inferiores durante a marcha, é correto o que se afirma em: a) Os músculos adutores do quadril têm maior atividade durante a fase de apoio. b) Os músculos isquiotibiais aceleram a extensão do quadril. c) Os músculos flexores do quadril impulsionam o corpo anteriormente. d) Os músculos abdutores do quadril estabilizam o membro inferior em apoio bilateral. e) Os músculos extensores do quadril influenciam na aceleração da abdução do quadril. 8. A biomecânica representa um recurso essencial tanto na fase de planejamento, quanto na de implementação de programas de atividades físicas, com o objetivo de promover a saúde. Associada a outras disciplinas na área de Educação Física e da saúde, a biomecânica oferece estratégias para que o professor/treinador 128 consiga fazer a seleção de movimentos mais adequados, bem como seguros ao desenvolvimento de habilidades e capacidades físicas específicas. Com base nas análises e nas intervenções biomecânicas, avalie as afirmações a seguir e a relação proposta entre elas: I. Quando se pensa na participação esportiva, a otimização do gesto e a segurança assumem igual relevância. PORQUE II. Diante das diversas alternativas e áreas de atuação relacionadas com a biomecânica, é preciso desconsiderar as expressivas limitações na aplicação dos conhecimentos práticos. Assinale a opção correta: a) As afirmações I e II são proposições verdadeiras e a II é uma justificativa correta da I. b) As afirmações I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I. c) A afirmação I é uma proposição verdadeira, mas a II é uma proposição falsa. d) A afirmação I é uma proposição falsa, mas a II é verdadeira. e) As afirmativas I e II são proposições falsas. 129 RESPOSTAS DO FIXANDO O CONTEÚDO UNIDADE 01 UNIDADE 02 QUESTÃO 1 D QUESTÃO 1 B QUESTÃO 2 E QUESTÃO 2 B QUESTÃO 3 A QUESTÃO 3 A QUESTÃO 4 C QUESTÃO 4 A QUESTÃO 5 A QUESTÃO 5 E QUESTÃO 6 A QUESTÃO 6 C QUESTÃO 7 A QUESTÃO 7 C QUESTÃO 8 E QUESTÃO 8 B UNIDADE 03 UNIDADE 04 QUESTÃO 1 C QUESTÃO 1 D QUESTÃO 2 B QUESTÃO 2 C QUESTÃO 3 B QUESTÃO 3 D QUESTÃO 4 D QUESTÃO 4 E QUESTÃO 5 B QUESTÃO 5 A QUESTÃO 6 A QUESTÃO 6 A QUESTÃO 7 C QUESTÃO 7 C QUESTÃO 8 A QUESTÃO 8 B UNIDADE 05 UNIDADE 06 QUESTÃO 1 D QUESTÃO 1 E QUESTÃO 2 C QUESTÃO 2 D QUESTÃO 3 B QUESTÃO 3 A QUESTÃO 4 A QUESTÃO 4 B QUESTÃO 5 E QUESTÃO 5 D QUESTÃO 6 D QUESTÃO 6 A QUESTÃO 7 C QUESTÃO 7 C QUESTÃO 8 A QUESTÃO 8 C 130 REFERÊNCIAS ACKLAND, T.R.; ELLIOTT, B.C.; BLOOMFIELD, J. 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