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1 Introdução ao estudo da Cinética Linear (estudo das forças) Fundamentos de Biomecânica Aplicados à Educação Física Prof. Ms. Eric Leal Avigo eric.avigo@cruzeirodosul.edu.br Universidade Cruzeiro do Sul – 2o Semestre/2017 O que é MOVIMENTO Qual o efeito das forcas no movimento humano? E possível que exista movimento em um corpo/objeto se não houver nenhuma forca atuando sobre eles? Por que seria importante estudar os efeitos das forcas no movimento? Primeira Lei do Movimento de Newton Lei da inércia Um corpo permanece em seu estado de repouso ou de movimento uniforme (velocidade constante), em linha reta, a não ser quando influenciado por uma força externa capaz de modificá-lo. Pontos importantes: É necessário força para mudar o estado de movimento de um corpo/objeto. Objetos em movimento tendem a permanecer em movimento. Segunda Lei do Movimento de Newton Lei da aceleração A taxa de mudança de movimento de um corpo é proporcional à força aplicada e ocorre na direção na qual a força é aplicada. Pontos importantes: É necessário grandes forças para produzir taxas altas de aceleração Objetos grandes necessitam de mais força para que possam ser movimentados O que é Cinética (linear)... Estudo das forças que causam ou tendem a causar mudanças no movimento (linear); Forças internas; Forças externas; O que CAUSA o MOVIMENTO (Cinética ciência que investiga...) O que é FORÇA... O que é MOVIMENTO 25/09/2017 2 Força... FORÇA Interação entre dois objetos na forma de: Tensão (tração) Compressão (empurrão) Atração Tipos de cargas mecânicas que agem no corpo humano CompressãoTração Cisalhamento TorçãoCurvamento Cargas podem ser geradas pela sustentação do peso corporal, por forças internas e por forças externas Sem carga Exemplos... Algo que causa ou tende a causar mudança no movimento ou na forma de um corpo; Algo necessário para que o movimento ocorra; Resultado do movimento. Simplificadamente, um “empurrão” (compressão) ou um “puxão” (tração)... Em suma, força pode gerar, parar ou alterar o movimento dos corpos. A força pode também causar deformações. Força... FORÇA Causa deformação de um ou ambos objetos. 3 A organização da mecânica Mecânica: ciência que se interessa pelos efeitos das forças ativas no objetos ... dos corpos rígidos; ... corpos deformáveis; ... de fluidos; ... relativa; ... quântica. Força O que determina a força (F) é a: Quantidade de matéria do corpo: massa (m), e/ou Aceleração (a), que corresponde à mudança de velocidade ou direção do movimento Segunda lei de movimento de Newton: Lei da aceleração A mudança de movimento de um objeto é proporcional à força aplicada, e é feita na direção de uma linha reta na qual a força é aplicada. Unidade de medida: m = kg a = m/s2 F = kg·m/s2 kg· m/s2 = N (Newton) F = m·a Portanto, para manipular a força: Altere a massa e/ou a aceleração!!! Propriedades da força 1. Magnitude: quanto de força é aplicado; 2. Direção: o caminho em que a força é aplicada; 3. Ponto de aplicação: onde a força é aplicada sobre o corpo que a recebe; 4. Linha de ação: linha reta que se estende através do ponto de aplicação e indefinidamente ao longo da direção da força. (4) (1) Comprimento (3) (4) (2) Relativa à horizontal Força É considerada um vetor... VETOR é a representação matemática (quantidade) de algo que tem magnitude (um número ou tamanho) e direção. Ao contrário de vetorial, ESCALAR é a quantidade de algo que tem apenas magnitude. Os vetores são representados por símbolos em forma de seta, onde: Sua magnitude = comprimento da haste (seta) Seu sentido de direção = cabeça da seta Os vetores podem ser somados, como veremos mais adiante... Várias forças podem ser aplicadas ou estar atuando em um objeto ao mesmo tempo: O resultado é uma força única (força resultante), que reflete as magnitudes e direções das forças geradas... Qualquer força pode ser dividida em componentes vertical e horizontal... Força Composição e resolução de forças Força resultante (“força líquida”) que atua sobre um corpo é a soma de todas as forças que atuam sobre esse corpo... A soma não é algébrica (como em grandezas escalares), não se pode somar os números que representam os tamanhos das forças somente, a direção das forças também deve ser considerada. Resultado de um processo de adição vetorial... 4 Adição de forças Forças colineares Atuam na mesma linha de ação... Forças não-colineares ou concorrentes Não atuam na mesma linha de ação, mas atuam através do mesmo ponto... Exemplo: Você está em um time de cabo-de-guerra com outras duas pessoas. Você puxa uma corda com um força de 100 N, e seus companheiros de equipe puxam com forças de 200 N e 400 N. Vocês estão puxando na mesma linha... Exemplo: Consideremos as forças que o time oposto exerce sobre a corda. A equipe adversária também é formada por três membros. Eles exercem na corda forças para a esquerda de 200 N, 200 N e 200, respectivamente. Qual é a resultante? Adição de forças Regra do polígono Um dos vetores é transportado, mantendo sua magnitude, direção e sentido; O vetor seguinte é transportado de modo que sua origem coincida com a cabeça do vetor transportado anteriormente; Isso se repete até o último vetor; O vetor resultante será a seta cuja origem coincida com a origem do primeiro vetor e a cabeça coincida com a cabeça do último vetor. Adição de forças Regra do paralelograma Inicialmente, transportamos os vetores mantendo suas magnitudes, direções e sentidos, de forma que suas origens coincidam; Em seguida, traçamos a partir da extremidade de cada vetor, retas paralelas ao outro vetor, formando um paralelograma; O vetor resultante será a seta em que a origem coincida com a origem dos vetores e a cabeça coincida com o cruzamento das retas paralelas. Álgebra Vetorial Vetor: Como descobrir a magnitude do vetor resultante? Trigonometria 222 bac cos222 ABBAs Lei dos cossenos 5 Exemplo (complementar) Exemplo (complementar) Cinética Forças internas Ex: Força Muscular Forças externas Forças de não contato Força da gravidade Forças de contato Força de Reação Força Normal Força de Atrito Força Elástica Resistência dos Fluídos Força de Arrasto e Sustentação Área da mecânica que estuda as forças associadas com o movimento de um corpo. Classificação das forças As forças podem ser classificadas em forças internas e forças externas... Forças internas atuam dentro do corpo em que o movimento está sendo investigado Forças geradas pelos músculos e transmitidas pelos tecidos corporais; Forças de tensão transmitidas pelos ligamentos; Forças transmitidas através das áreas de contato articular; Movimentos dos membros corporais, sem deslocamento do corpo. Classificação das forças Forças externas atuam no corpo como resultado de sua interação com o ambiente e são responsáveis pela mudança do corpo pelo espaço Forças externas podem ser: Força de não contato (sem contato direto entre os corpos) força da gravidade, forças magnéticas, forças elétricas... Força de contato (interação entre dois objetos) Força de reação do solo (FRS), força de atrito... Força de não contato Força da gravidade: força de atração A força gravitacional da Terra (ou de qualquer corpo celeste) agindo sobre um corpo é denominada de Força PESO. gmP gmarte=3,71 m/s2 glua= 1,62 m/s2 6 O que é massa? Massa Quantidade de matéria que compõeum corpo. Medida quantitativa de inércia. Quanto maior a massa mais difícil iniciar, parar ou alterar o movimento (direção e velocidade) de um corpo. Inércia: propriedade de um corpo de resistir a mudanças no seu movimento O que é peso? Peso vs. massa corporal Quanto você pesa? Muitas pessoas responderiam: “Eu peso 60, 70, 80... kg” Esta resposta está correta? Massa Peso É uma grandeza escalar É uma grandeza vetorial É uma característica do corpo, e não depende da posição em que ele se encontra Depende do campo gravitacional Ex: seu peso na lua é diferente do seu peso em marte que é diferente do seu peso na Terra É medida em quilogramas (SI) “Kg” É medido em Newtons (SI) “N” Problema (ex. 1) Você está tentando levantar um “peso” na academia com massa igual a 100 kg. Qual a quantidade mínima de força para cima que você precisa exercer para levantar esse “peso”? ²/81,9100 smkgF NF 981 amF gmP Problema (ex. 2) a) Se uma ciclista de rua tem 55 kg, e sua bicicleta 10,2 kg, qual é o peso combinado dela e de sua bicicleta? ²)/81,9()2,1055( smkgkgP NP 640 b) Quanta força deverá ser exercida por essa ciclista para acelerar sua bicicleta horizontalmente à 5 m/s2? (Desconsidere a força de atrito) ²/5)2,1055( smkgkgF NF 326 amF gmP Problemas 1. Quanto você pesa? Qual a quantidade mínima de força uma pessoa precisa fazer para te suspender do chão 2. Um indivíduo tem massa de 72 kg. Qual é o seu peso corporal? 3. Se um indivíduo tem peso corporal de 555 N, qual é a sua massa corporal? 4. Um atleta irá tentar levantar um “peso” de 174 kg. Qual a quantidade mínima de força para cima ele precisará exercer para tirar esse “peso” do chão? 5. Quanta força deverá ser exercida (no mínimo) por um jogador para levantar uma bola de boliche de 7,2 kg? Quanta força deverá ser exercida para acelerar horizontalmente essa mesma bola de boliche à 4 m/s2? (Desconsidere a força de atrito) amF gmP Questões de estudo 1. O que é Cinética? Por que estudar Cinética? Explique. 2. O que é força? Como podemos classifica-la? Qual sua contribuição para o movimento humano? Explique e exemplifique na Ed. Física. 3. Quais são as quatro propriedades da força? 4. O que são forças internas? O que são forças externas? Explique e exemplifique na Ed. Física. 5. Faça a soma vetorial das seguintes forças e destaque a força resultante: 7 Referências HALL, S.J. Biomecânica básica. 5ª. ed. São Paulo: Manole, 2009. Cap 3: Conceitos da cinética para a análise do movimento humano Cap 12: Cinética linear do movimento humano McGINNIS, P.M. Biomecânica do Esporte e Exercício, Artmed, 2015. Cap 1: Forças Cap 3: Cinética linear
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