Aula 1 Movimento e Biomecânica (1)

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Universidade Federal do Rio de Janeiro 
Faculdade de Farmácia 
Departamento de Análises Clínicas e Toxicológicas 
Biofísica 
 
 
 
 
MOVIMENTO E BIOMECÂNICA 
 
 
 
 
Professora Aloa Machado de Souza 
 
 
 
BIOMECÂNICA 
Aplicação da física mecânica aos organismos vivos 
Movimento Energia e Momento 
SISTEMA MÚSCULO ESQUELÉTICO 
Tendões: músculo-osso 
Ligamentos: osso-osso 
OSSOS 
 Matriz óssea (35% orgânica – colágeno tipo I e 
proteoglicanas e outras ptns; 65% inorgânica (cristais de 
hidroxiapatita) + tres tipos celulares (osteócitos, 
osteoblastos, osteoclastos) 
 
 Funções: Proteção, sustentação, movimento, 
metabolismo de cálcio e fosfato, sintese células 
sanguíneas 
ARTICULAÇÕES 
 Conexões entre os ossos 
 Fibrosa ou Sinartrose – sutura, gonfose, sindesmose 
 Cartilagenosa ou Anfiartrose – sincondrose, sínfise 
 Sinovial ou Diartrose 
ou esferóides Pivô ou trocóides ou planas 
Condilares ou elípses ou selares Gínglimos ou dobradiças 
MÚSCULOS ESQUELÉTICOS 
TECIDO MUSCULAR 
FIBRAS MUSCULARES ESTRIADAS 
FIBRAS MUSCULARES ESTRIADAS 
SARCÔMEROS 
I A 
H 
Z Z 
mitocôndrias 
M 
Tríade do retículo 
SARCÔMEROS 
PROCESSO CONTRÁTIL MUSCULO ESTRIADO 
MIOSINA 
MIOSINA-ACTINA 
ACTINA 
(I, T, C) 
CONTRAÇÃO NO 
MÚSCULO ESTRIADO 
FORÇA 
DEFORMAÇÃO ACELERAÇÃO 
ESTÁTICA DINÂMICA 
• Compressão 
• Tração 
• Flexão 
• Torção 
• Produção 
• Parada 
• Modificação 
MOVIMENTO 
MOVIMENTO E FORÇAS - BIOMECÂNICA 
AÇÃO SINÉRGICA DE OSSOS E MÚSCULOS 
MOVIMENTO - LEIS DE NEWTON 
1ª Lei: Inércia – equilíbrio estático e equilíbrio dinâmico 
2ª lei: Ação de uma força produz alteração de movimento: F= m.a 
3ª lei: Ação e reação 
MOVIMENTO 
Energia 
linear angular 
Translação 
(deslocamento) 
Rotação 
(giro) 
Momento 
P = m.v 
(kg.m/s) 
L= m.w.r2 
(kg.m2/s) 
Deslocamento linear 
Velocidade linear 
Aceleração linear 
Impulso 
 
Massa 
Deslocamento angular 
Velocidade angular 
Aceleração angular 
Impulso angular 
Torque 
Momento de inércia 
Capacidade de realizar trabalho 
Potencial, cinética, molecular 
elétrica, térmica... 
Leis de conservação 
Joule (J) = N.m = 0,239 
calorias= 1W.s 
COMPARAÇÃO DOS MOVIMENTOS TRANSLACIONAL E 
ROTACIONAL 
FORÇA 
(F) 
MOVIMENTO 
ENERGIA (E) 
TRABALHO (W) 
W = F.d 
kg.m/s2 = N 
W = N.m = J (Joule) 
Trabalho = variação de energia cinética 
• W max – F e d paralelos, mesmo sentido 
• W min – F e d paralelos, sentidos opostos 
• W = 0 – F e d perpendiculares 
Potência instantânea (P) = dW / dt = F. dr/ dt = F/v 
Watt = 1J. s 
ENERGIA – TRABALHO - MOVIMENTO 
Gravitacional 
Magnética 
Elétrica 
Campo Contato 
Elástica 
Normal 
Muscular 
Atrito 
FORÇAS 
 FORÇA RESULTANTE – OPERAÇÕES COM GRANDEZAS VETORIAIS 
 Adição de vetores: 
• Regra do polígono 
• Regra do paralelogramo 
• Método das componentes 
GRANDEZA 
VETORIAL 
• Magnitude (intensidade) 
• Direção (ângulo) 
• Sentido 
Regra do polígono 
Regra do paralelogramo 
Método das componentes 
ADIÇÃO DE VETORES 
FORÇA GRAVITACIONAL OU PESO 
F = m. g, sendo g a aceleração da gravidade (~ 10m/s2, na Terra) 
FORÇA NORMAL OU DE CONTATO 
• Tamanho diferenciado das vértebras 
• Curvatura da colunavertebral 
FORÇA DE ATRITO 
CENTRO DE GRAVIDADE ou CENTRO DE MASSA 
 Local onde pode-se aplicar a resultante das forças peso de um corpo 
 Estabilidade: base de apoio, altura do centro de gravidade, linha de ação da 
força e massa 
 Equilíbrio estável, instável ou indiferente 
 
 
 
 
 
 Movimento do centro de gravidade 
CENTRO DE GRAVIDADE DO CORPO HUMANO 
 Resultante dos centros de massa das diferentes regiões 
CENTRO DE GRAVIDADE ou CENTRO DE MASSA 
TORQUE OU MOMENTO 
 Grandeza associada à rotação em torno de um eixo 
 Eixo 
 Força 
 Braço da força 
 Equilíbrio rotacional : M=0 
 
 Momento de Inércia: 
dificuldade alterar a aceleração 
angular (distribuição de massa 
ao redor do eixo; raio de 
giração) 
T = F.d 
EQUILÍBRIO DE UM CORPO RÍGIDO: 
 ESTÁTICO ou DINÂMICO 
 Força resultante nula 
 Torque resultante nulo 
ALAVANCAS 
 Sistema mecânico que possibilita equilibrar ou mover com uma força 
menor (F-) um corpo que exerce força maior (F+) 
 
 Eixo – haste fixa – forças 
 
 Vantagem mecânica: F+/F- (relação entre o braço de resistência e o braço 
de ação) 
VM= FR/FA VM= dA/dR 
EXEMPLOS DE ALAVANCAS BIOLÓGICAS 
Interfixas Inter-resistentes Interpotentes 
FORÇAS ELÁSTICAS 
 Elasticidade: capacidade de retornar ao estado original após a ação de uma 
força deformadora 
F= k.DL, Lei de Hooke (materiais de composição homogênea) 
 Pressão x Tensão 
P= F/A T= F/A 
 Deformação(e) =DL/Li 
 
 Módulo de elasticidade: T/e 
N/m2 = Pa (Pascal) 
 Módulo de Young: resistência de 
um sólido em relação à variação 
do comprimento 
 Módulo de cisalhamento: 
resistência ao movimento de 
diferentes camadas planas de um 
sólido. 
PROPRIEDADES ELÁSTICAS DOS OSSOS 
Osso Módulo de 
Young (1010Pa) 
Limite de 
ruptura (107Pa) 
Máxima 
deformação 
Fêmur humano 1,6 12,1 0,014 
Fêmur de cavalo 2,3 11,8 0,0075 
vértebra 0,017 0,12 0,0058 
Ossos sujeitos a tensão de tração 
Osso Módulo de Young 
(1010Pa) 
Limite de ruptura 
(107Pa) 
Máxima 
deformação 
Fêmur humano 0,94 16,7 0,0185 
Fêmur de cavalo 0,83 14,2 0,024 
vértebra 0,0088 0,19 0,025 
Disco intervertebral 0,0011 1,10 0,3 
Ossos e disco intervertebral sujeitos a tensão de compressão 
1 Pa = 1N/m2 
1 atm= 1,03 x105 Pa = 760 mmHg = 14,7 PSI = 1,013 x105 Pa 
Tensão = 5,5 atm 
Peso (cabeça, membros, tronco) = 460N 
PROPRIEDADES ELÁSTICAS DOS OSSOS - EXEMPLOS 
• Adulto 70 kg, em pé + 10 kg em cada mão? 
1. Fêmur =50 cm, raio 1,5 cm, raio medula 0,4 cm. 700N no caminhar. Qual a 
tensão de compressão? Qual o encurtamento? 
2. Qual a carga que causa a quebra da tíbia? (área seção transversa= 3cm2) 
3. Adulto 70 kg, em pé: 
 
FORÇA MUSCULAR 
 Força máxima depende da área da seção 
transversa. No homem: 2,7 a 3,5 x107 N/m2 
TIPOS DE CONTRAÇÃO 
Isotônica Isométrica 
Dinâmica - realiza movimento 
Alteração de componentes contráteis 
Estática - não realiza movimento 
Alteração de componentes contráteis 
e elásticos 
DIAGRAMA DE ESTIRAMENTO-TENSÃO 
Lei de Frank-Starling 
• Força máxima de contração musculo esquelético: 30-40N/cm2 de área de seção transversa 
• Força de parada 40% maior que a força de contração. 
FONTES ENERGÉTICAS DA CONTRAÇÃO MUSCULAR 
• ATP – 7300 cal: 1-3s 
• Fosfocreatina – 10300 cal (quantidade 2-4x 
maior q o ATP no músculo): 8-10 s 
• Glicogênio (sistema glicólise – acido lático): 1,3 
– 1,6 min 
• Metabolismo oxidativo: de acordo com o 
suprimento de nutrientes e oxigênio. 
TIPOS DE FIBRAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS 
CONSUMO DE OXIGÊNIO NO EXERCÍCIO 
POTÊNCIA: quantidade de trabalho por tempo 
W=L x D 
EFICIÊNCIA: PERCENTUAL DE ENERGIA 
CONVERTIDO EM TRABALHO (<25%) 
RELAÇÃO CARGA-VELOCIDADE DE CONTRAÇÃO 
TREINAMENTO RESISTIVO 
• Aumento de força muscular relacionado alta carga em curto tempo 
• Hipertrofia 
CONTROLE DO MOVIMENTO 
CONTROLE POSTURAL: COMBINAÇÃO DE GRUPOS MUSCULARES 
CONTROLE POSTURAL 
SISTEMA VESTIBULAR 
SISTEMA VISUAL 
FUSOS MUSCULARES 
PROPRIOCEPÇÃO