Cinesiologia e Biomecânica: Conceitos e Forças

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Disciplina: Cinesiologia e 
Biomecânica
Prof. Thiago Baldez
CONCEITO
O estudo da estrutura e da função dos sistemas biológicos 
utilizando métodos da mecânica.
Mecânica é o ramo da física que lida com o estudo das 
forças e o movimento produzido por suas ações.
Hamill; Knutzen, 2008
 CINEMÁTICA
 Relaciona-se a características do movimento, e examina o movimento a partir de 
uma perspectiva espacial e temporal, sem referência com as forças que causam 
movimento.
 Osteocinemática movimentação dos ossos.
 Artrocinemática faces articulares se movem .
Hamill; Knutzen, 2008
CINÉTICA
Estudo que examina as forças que agem sobre um sistema, 
como corpo humano ou qualquer objeto. A área de análise 
da cinética do movimento tenta definir as forças que 
provocam movimento.
Hamill; Knutzen, 2008
 DEFINIÇÕES
 Força qualquer ação ou influência que movimenta 
um objeto.
 Vetor é uma quantidade que tem tanto magnitude 
quanto direção ex: força é um vetor.
 Massa refere à quantidade de matéria que um 
corpo contém.
 Inércia é a propriedade da matéria que a leva a 
resistir a qualquer mudança de movimento tanto na 
velocidade quanto na direção.
Hamill; Knutzen, 2008
 DEFINIÇÕES
 Torque é a tendência da força de produzir 
rotação sobre um eixo.
 Atrito é uma força desenvolvida por duas 
superfícies,que tendem a impedir o movimento de 
uma superfície sobre a outra.
 Velocidade é um vetor que descreve o 
deslocamento e é medido em unidades tais como 
centímetros por segundo ou quilômetros por hora.
Hamill; Knutzen, 2008
1ª Lei de Newton – Inércia 
 Um corpo mantém seu estado de repouso ou deslocamento 
constante, se forças opostas não atuem sobre ele.
Hamill; Knutzen, 2008
2ª Lei de Newton – Aceleração
 Uma força aplicada a um corpo promove uma 
aceleração de magnitude proporcional à força, na direção 
da força e inversamente proporcional à massa do corpo.
Hamill; Knutzen, 2008
F = M . A
3ª Lei de Newton – Ação e Reação
 Quando um corpo exerce uma força de ação, esse 
que recebe uma força de reação que é igual em magnitude 
e oposta em direção sobre o primeiro corpo.
Hamill; Knutzen, 2008
MOVIMENTO LINEAR
Movimento ao longo de um trajeto retilíneo ou curvo em 
que todos os pontos num corpo ou objeto se movimentam 
na mesma distância e no mesmo intervalo de tempo.
Hamill; Knutzen, 2008
MOVIMENTO ANGULAR
É o movimento em torno de algum ponto, de modo que 
diferentes regiões do mesmo segmento do corpo ou objeto 
não se movimentem na mesma distância em determinado 
tempo.
Hamill; Knutzen, 2008
 UNIDADES DE MEDIDAS
 Força (F) = massa x aceleração (kg x a) 
 Unidade: Newton (N)
 aceleração da gravidade (a) = -9,8 m/s2
 Distância (d) = espaço percorrido perpendicular Unidade: metros
 Torque (T) = F x d
 Unidade: Newton / metro (N/m)
FORÇA
 É uma ação capaz de colocar um corpo em movimento, de 
modificar o movimento de um corpo e de deformar um 
corpo.
 O movimento ocorre se um lado empurra (ou puxa) mais 
forte que o outro.
 Força escalar descreve a magnitude (comprimento , 
área,volume e peso).
 Força vetorial descreve tanto magnitude quanto 
direção.
 ELEMENTOS DA FORÇA
 Ponto de aplicação / Sentido / Direção / Intensidade
 Ponto de aplicação: é a parte do corpo onde a força atua diretamente.
F
 ELEMENTOS DA FORÇA
 Ponto de aplicação / Sentido / Direção / Intensidade
 Sentido: é a orientação que tem a força na direção (esquerda, direita, cima, baixo).
 ELEMENTOS DA FORÇA
 Ponto de aplicação / Sentido / Direção / Intensidade
 Direção: é a linha de atuação da força (horizontal, vertical, diagonal.).
 Intensidade: é o valor da força aplicada.
 DESCRIÇÃO DA FORÇA
 Força linear - resulta quando duas ou mais forças estão ao longo da mesma linha 
ou plano.
 DESCRIÇÃO DA FORÇA
 Força paralela - ocorrem no mesmo plano e direção com uma força 
contrária no meio, mas na direção oposta.
 DESCRIÇÃO DA FORÇA
 Força concorrentes – duas ou mais forças atuam a partir de um ponto 
comum , mas puxam em direção contrária.
 FORÇA RESULTANTE
 DESCRIÇÃO DA FORÇA
 Força conjugada - ocorre quando duas forças atuam em uma mesma direção , 
porém opostas,resultando em um efeito rotatório.
 ELEMENTOS DA FORÇA
 Sentido x Direção
a) b)
c)
d)
e)
f)
 ELEMENTOS DA FORÇA
 Sentido x Direção
a) b)
 ELEMENTOS DA FORÇA
 Sentido x Direção
c) d)
 Força: tração ou impulso capaz de produzir, retardar ou modificar os movimentos.
 Hidrodinâmicas
 Aerodinâmicas
Força de arrasto: atrito que se opõe ao 
movimento, promovendo redução de sua velocidade.
 Força de atrito do fluido com a pele, em movimentos opostos, provocando forças 
de cisalhamento;
 Resistência criada pela diferença de pressão entre os diferentes lados do corpo, 
com tendência a reduzir sua velocidade;
 Área do corpo perpendicular ao fluxo laminar determina a magnitude desse 
arrasto. 
 Força de resistência que ocorre devido à reação do fluido sobre o corpo.
 TIPO DE AÇÃO DE FORÇA NO CORPO
- Compressão;
- Tensão / Tração;
- Cisalhamento;
- Torção;
- Curvamento
 TIPO DE AÇÃO DE FORÇA NO CORPO
- Compressão;
 TIPO DE AÇÃO DE FORÇA NO CORPO
- Tensão / Tração;
 TIPO DE AÇÃO DE FORÇA NO CORPO
- Cisalhamento;
 TIPO DE AÇÃO DE FORÇA NO CORPO
- Torsão;
 TIPO DE AÇÃO DE FORÇA NO CORPO
- Curvamento;
 Distenção de um determinado tecido exposto a uma carga (força) 
constante em um determinado período;
 A compressão ou estiramento geram dois tipos de deformação:
 Elástica: após a retirada da carga (até o limite de ruptura), a distenção é liberada em 
forma de energia e há o retorno ao comprimento original;
 Plástica: distenção do tecido além do limite de ruptura, gerando lesão sem retorno ao 
seu comprimento original. 
Bastões rígidos suspensos por um ponto de pivô, que tem 
por função converter força linear em torque rotatório;
Corpo humano: Ossos.
Componentes de uma alavanca:
 Ponto de apoio (fulcro);
 Força de resistência (braço de resistência)
 Força de potencia (braço de potência)
- Ponto Fixo / Eixo / Fulcro / Apoio
 Ponto ao redor do qual ocorre o movimento.
- Força de Potência / Força
 Força que atua no sentido proposto do movimento.
- Força de Resistência 
 Força que atua contra o sentido proposto do movimento.
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 Braço de Potência (BP) – É a distância que vai do ponto de apoio até o vetor de 
força formando uma perpendicular.
 Braço de Resistência (BR) – É a distância que vai do ponto de apoio até o vetor 
da força que resiste formando uma perpendicular.
A
P R
BP BR
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 P x BP = R x BR Sistema em equilíbrio
 P x BP > R x BR Sistema em Vantagem Mecânica
 P x BP < R x BR Sistema em Desvantagem Mecânica
VANTAGEM MECÂNICA
BMFP
BMFR
≥ 1
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 Primeira Classe / Interfixa / Alavanca de Equilíbrio
A
P
R
A
P R
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 Segunda Classe / Interresistente / Alavanca de Força
ARP
A
P
R
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 Terceira Classe / Interpotente / Alavanca de Velocidade
A
R
P
A R
P
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A
P
R
A
P
R
A
P R
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MOMENTO
 Efeito rotatório de uma força ao redor de um eixo de rotação.
 A comparação entre os momentos das forças potente e resistente é 
chamada de torque. O torque determina o sentido do movimento.
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MECÂNICA DOS MATERIAIS BIOLÓGICOS/BIOMATERIAIS
 Cargas Mecânicas são forças que atuam sobre as estruturas
biológicas.
-Sentido; 
- Duração
- Magnitude (intensidade) da carga.
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 CARGAS MECÂNICAS
 Axiais (longitudinais)
- Compressão ou esmagamento.
- Tensão ou tração.
 Não axiais
- Cisalhamento ou deslizamento.
- Torção ou rotação.
- Inclinação ou curvamento.
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TORQUE (Trabalho)
 Força angular equivalente a forca linear.
 Efeito rotatório de uma força ao redor de um eixo de rotação, sendo a 
comparação entre os momentos de força potente e resistente, 
determina o sentido do movimento.
HAMILL; KNUTZEN, 2008
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TORQUE (Trabalho)
 O torque e o produto da força aplicada pela distância perpendicular 
da linha de ação da força ao eixo de rotação.
T = F x d
T = torque Nm
F = força N
d = distância m
HAMILL; KNUTZEN, 2008
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 TORQUE (Trabalho)
T = F x d
Ex1 Ex2
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 TORQUE (Trabalho)
 Equilíbrio Estático
 1ª Condição de Equilíbrio
 2ª Condição de Equilíbrio
AUSÊNCIA DE TRANSLAÇÃO
AUSÊNCIA DE ROTAÇÃO
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 TORQUE (Trabalho)
 Equilíbrio Estático
 1ª Condição de Equilíbrio
 A força resultante de todas as forças que atuam sobre o corpo deve ser igual a 
zero.
 2ª Condição de Equilíbrio
 O momento resultante de todas as forças que atuam sobre o corpo em relação a 
qualquer eixo deve ser igual a zero.
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 TORQUE (Trabalho)Considerando que o peso do antebraço seja correspondente a
22N, qual é o torque gerado pelo bíceps braquial para manter
uma postura de flexão do cotovelo em 90°?
Distância da inserção = 5 cm
Distância do CM do antebraço = 14 cm
P x BP = R x BR Sistema em equilíbrio
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R = 50 N, Rs = 20 N, F = 400
N
a = 5 cm, b = 15 cm, c = 30
cm
R Rs
R
Rs
Para onde vai se mover o sistema?
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COMPORTAMENTO DO CORPO NO MOVIMENTO
 - Comportamento Ativo
 - Comportamento Passivo
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COMPORTAMENTO DO CORPO NO MOVIMENTO
 Comportamento Ativo
 Forças internas atuando diretamente para realização do movimento. 
 Ex: força contínua; equilibrado dinâmico; dirigido.
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COMPORTAMENTO DO CORPO NO MOVIMENTO
 Comportamento Passivo
 Ocorre por ação de uma força externa, ao segmento que se desloca no espaço. 
 Ex: gravitacional; inércia ou manipulação.
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CENTRO DE GRAVIDADE (CG)
 Ponto ao redor do qual o peso de um 
corpo está equilibrado igualmente em
todas às direções.
 A síntese da quantidade de massa que
constitui um corpo em único ponto, 
sofrendo a ação da gravidade. 
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CENTRO DE GRAVIDADE (CG)
 O CG do corpo é a soma dos centros de gravidade dos segmentos individuais –
sofrendo a ação da gravidade.
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 LOCALIZAÇÃO DO CG
- Ligeiramente anterior a 2ª vértebra Sacral;
- As modificações da posição anatômica levam a alteração do centro de gravidade 
DO SEGMENTO; 
- A MARCHA é considerada como uma sequência de perder e capturar o CG. 
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 DETERMINAÇÃO DO CG
Diretos
 Segmentação de cadáveres
Indiretos.
 Plataforma de Borelli; Tomografia Computadorizada e Ressonância Magnética p/ 
Imagem
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 DETERMINAÇÃO DO CG
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EQUILÍBRIO
 Capacidade de controlar as oscilações e manter o alinhamento 
contra a gravidade.
- Estável
- Instável
- Neutro
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 EQUILÍBRIO
Estável
 O CG é deslocado, e o corpo tende a retornar o CG anterior.
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 EQUILÍBRIO
Instável
 o CG é deslocado, e o corpo não retorna o CG anterior, mas procura 
uma nova posição.
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 EQUILÍBRIO
- Neutro
 O CG é deslocado e permanece no mesmo nível, ou seja, o corpo nem 
cai e nem retorna a sua posição anterior.
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 EQUILÍBRIO
 Fatores que afetam o grau de estabilidade
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Altura do CG
Base de sustentação
Localização da linha de gravidade Massa do corpo
Força e resistência muscular
Flexibilidade
 HAMILL, Joseph; KNUTZEN, Kathleen M. Bases biomecânicas do 
desenvolvimento humano. 2. ed., São Paulo: Editora Manole, 2008.
 MARCHETTI, Paulo Henrique; CALHEIROS NETO, Ruy Barbosa; 
CHARRO, Mauro Augusto. Biomecânica aplicada: uma abordagem 
para o treinamento de força. São Paulo: Phorte Editora, 2007.
1) DESCREVA AS 3 LEIS DE NEWTON QUE SE APLICAM AO MOVIMENTO HUMANO.
2) DEFINA MOVIMENTOS LINEAR E ANGULAR;
3) O QUE SÃO DEFORMAÇÕES E QUAIS SEUS TIPOS.
4) DEFINA ALAVANCAS, DESCREVENDO SEUS COMPONENTES E TIPOS.
5) EXPLIQUE VANTAGEM MECÂNICA;
6) ONDE SE LOCALIZA O CENTRO DE GRAVIDADE NO CORPO HUMANO E DESCREVA OS 
TIPOS DE EQULÍBRIO;
7) QUAIS FATORES AFETAM DIRETAMENTE O GRAU DE ESTABILIDADE;
8) CALCULE O TORQUE DO SEGUNTE SISTEMA: