Forças e Centro de Gravidade no Movimento Humano

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28/02/2015
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Cinética
Cinética : Lida com as forças que
causam ou tendem a causar alterações
no movimento. Uma força pode ser
descrita como um puxão ou empurrão
exercido sobre um objeto.
Biomecânica Básica, Susan Hall.
Bases Biomecânicas do Movimento humano, Hamill.
“O corpo humano pode ser definido fisicamente
como um complexo sistema de segmentos
articulados em equilíbrio estático ou dinâmico,
onde o movimento é causado por forças
internas atuando fora do eixo articular,
provocando deslocamentos angulares dos
segmentos, e por forças externas ao corpo”
AMADIO, 2000
Classificação das forças
� Forças externas: trações ou distrações sobre um corpo que têm
origem em fontes fora do corpo. Resultam da interação de um
corpo com o ambiente que o circunda (de contato e sem
contato).
� Forças internas: são forças que agem sobre o corpo e têm
origem no interior do corpo (força de tração, força de
compressão). Ex: músculos, tendões, ligamentos e ossos. As
forças internas são essenciais à função humana, visto que as
forças externas não são garantia de criar movimentos humanos.
Biomecânica Básica, Susan Hall.
Bases Biomecânicas do Movimento humano, Hamill.
Representação vetorial das forças
Biomecânica Básica, Susan Hall.
Bases Biomecânicas do Movimento humano, Hamill.
Representação vetorial das forças
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Representação vetorial das forças
- Ponto de aplicação sobre o objeto em que a
força está agindo;
- Uma linha de ação e direção (seta indica);
- Magnitude que é a quantidade de força
aplicada (proporcional ao comprimento do
vetor).
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Bases Biomecânicas do Movimento humano, Hamill.
Leis de Newton
Lei da Inércia
Lei da Aceleração
Lei da Ação e Reação
Biomecânica Básica, Susan Hall.
Bases Biomecânicas do Movimento humano, Hamill.
FRS
Lei de Ação e Reação
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Força da Gravidade
É a atração da massa da Terra sobre a massa dos
outros objetos, responsável pelo PESO do objeto.
A gravidade atua de forma previsível: tem ponto de
aplicação, linha de ação e magnitude. O ponto de
aplicação é o centro de gravidade, a linha de ação e
direção da força de gravidade sobre um objeto são
sempre verticais, para baixo, em direção ao centro
da Terra. O vetor da força PESO (gravidade) é
conhecido como LINHA DA GRAVIDADE.
Biomecânica Básica, Susan Hall.
Bases Biomecânicas do Movimento humano, Hamill.
Centro de Gravidade
Articulações: Estrutura e Função, Norkin e Levangie.
Biomecânica Básica, Susan Hall.
Bases Biomecânicas do Movimento humano, Hamill.
Centro de Gravidade
O centro de gravidade do corpo é
considerado localizado anteriormente à segunda
vértebra sacral, estando o indivíduo em posição
anatômica com os segmentos organizados. Na
realidade, esta postura não é mantida durante a
realização dos movimentos e o CG modifica sua
posição constantemente Articulações: Estrutura e Função, Norkin e Levangie.
Biomecânica Básica, Susan Hall.
Bases Biomecânicas do Movimento humano, Hamill.
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Articulações: Estrutura e Função, Norkin e Levangie.
Biomecânica Básica, Susan Hall.
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Articulações: Estrutura e Função, Norkin e Levangie.
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CG
Articulações: Estrutura e Função, Norkin e Levangie.
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Mudança CG
1. A reorganização dos segmentos corporais modifica o centro de
massa dos segmentos e, consequentemente, o centro de
gravidade pode se localizar fora do corpo.
2. A Linha de Gravidade (LG) que passa pelo CG deve cair dentro
da base de suporte: ESTÁVEL. Se a LG cai fora da base de
suporte: instabilidade.
3. A reorganização dos segmentos e a adição de massa externa
são fatores que modificam a posição do CG, havendo
necessidade de reestruturação das partes corporais a fim de
garantir equilíbrio.
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Bases Biomecânicas do Movimento humano, Hamill.
CG
O centro de gravidade representa o ponto em
torno do qual todas as partículas estariam
igualmente distribuídas. Este ponto também é
conhecido como centro de massa. Se o centro de
massa representa o ponto em torno do qual as
partículas do corpo estão igualmente
distribuídas, este também representa o ponto de
equilíbrio do corpo.
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CG
Articulações: Estrutura e Função, Norkin e Levangie.
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CG e estabilidade
Estável: linha de gravidade (projeção do CG)
incide no centro da base de suporte.
Instável: Linha da gravidade incide fora da base
de suporte.
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Método Segmentar
∑
∑
=
m
mxX
s
ss
cg
)).( (
∑
∑
=
m
myY
s
ss
cg
)).( (
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Método Segmentar
Permite a localização do CG. A base deste método é a suposição
de que o corpo humano é constituído por diversos segmentos
individuais (cada qual com seu CG), a localização do CG corporal
total é função das localizações dos respectivos CGs segmentares.
Quando os produtos da localização de cada segmento corporal
pela sua massa são somados e depois divididos pela massa
corporal total, o resultado será a localização do CG corporal total
(Hall, Susan 1999). Biomecânica Básica, Susan Hall.
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Fatores que afetam a estabilidade
Massa
Base de Suporte
Distância da Linha da gravidade em relação aos 
limites da base de suporte
Altura do CG
Atrito
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OFICINA: TORQUE E ALAVANCAS
TORQUE
Articulação do cotovelo
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TORQUE
Uma força (interna ou 
externa) aplicada à uma 
alavanca produz TORQUE.
TORQUE: efeito rotatório, 
depende da magnitude 
na FORÇA (F) aplicada e 
da distância da força ao 
eixo (d).
T= F x d (N.m)
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Efeito do braço de alavanca:
• O torque produzido 
depende diretamente 
da FORÇA APLICADA e 
da distância 
perpendicular da força 
ao eixo.
• Logo, uma força 
constante aplicada a 
distâncias diferentes em 
relação ao eixo produz 
valor de torque 
diferente!!!
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Efeito de 
mudança 
do braço de 
momento:
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BF: variável!
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BR: variável!
CLASSIFICAÇÃO DAS ALAVANCAS
Depende da localização e disposição de 3
componentes na haste que roda em torno de
um eixo:
• EIXO
• FORÇA: força de esforço – favorece o
movimento
• RESISTÊNCIA: força de resistência – resiste ao
movimento.
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Alavancas comuns nas quais se aplica 
força para produzir torque:
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ALAVANCA INTERFIXA
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INTERFIXA
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Alavanca Interresistente: 
braquiorradial 
Ação Muscular:
• Os músculos durante a contração excêntrica
funcionam como R e controlam o movimento
produzido pela gravidade: alavanca
interresistente.
• Os músculos durante a contração concêntrica
funcionam como F e vencem o efeito da
gravidade (R): alavanca interpotente.
• Se não for determinado o movimento, pode-se
considerar a ação dos músculos (força interna)
como FORÇA e da gravidade (força externa)
como RESISTÊNCIA: ALAVANCA interpotente
(maioria). Articulações: Estrutura e Função, Norkin e Levangie.
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Vantagem Mecânica: avaliar eficiência 
da alavanca
VM: BF/BR
Relação entre BRAÇO DE FORÇA (BF) e BRAÇO 
DE RESISTÊNCIA (BR).
2 casos:
VM>1, se BF>BR
VM<1, se BF<BR
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Alavanca INTERRESISTENTE: VM>1
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ALAVANCA INTERPOTENTE: VM<1
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Função da PATELA: melhorar a VM do 
Quadríceps (aumenta BF)
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Vantagem da alavanca com VM<1
•Alavancas interpotentes: maior parte dos 
músculos
•É uma alavanca de VELOCIDADE.
•Permite aos músculos por ter inserção próxima 
às articulações, produzir movimentos rápidos e 
amplos, 
porém perdendo a força.
TORQUE E MOVIMENTO: 
contração muscular concêntrica
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TORQUE e MOVIMENTO:
Contração muscular excêntrica
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Isometria: situação de equilíbrio
Alavanca parada
Torque da Força = Torque da Resistência
FM x BF = R x BR
R x BR
DAÍ: F = -------------
BP
sendo: F=FM
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Biomecânica Básica, Susan Hall.
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Mecânica dos Materiais Biológicos ou
Biomateriais
Cargas Mecânicas = Forças que atuam sobre as
estruturas biológicas.
Considerações importantes: Sentido; Duração e
Magnitude (intensidade) da carga.
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Cargas
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�Compressão: força de “esmagamento”. O
peso corporal gera no sistema ósseo
estresse compressivo. Em postura ereta,
cada vértebra da coluna sustenta carga
compressiva das vértebras posicionadas
acima.
�Tensão: oposto da força compressiva. É
uma força de tração que cria tensão no
objeto sobre o qual é aplicada.
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Bases Biomecânicas do Movimento humano, Hamill.
�Cisalhamento: atua de forma diferente das
demais forças descritas, no sentido
transversal, paralela a superfície do corpo.
Tende a causar deslizamento de parte do
objeto em relação a outra. Há estresse de
cisalhamento nas vértebras lombares e
aumenta com hiperlordose lombar.
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�Torção: ocorre quando uma estrutura
se enrosca ao redor do seu eixo
longitudinal (comum quando uma das
extremidades está fixa).
�Inclinação: Carga assimétrica que
produz tensão em um dos lados do eixo
longitudinal e compressão no lado
oposto.
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�Carga combinada: ação combinada de mais de
uma destas forças.
Efeitos da carga: Aceleração e deformação. O grau
de deformação do corpo depende da rigidez do
corpo sobre a qual a força é aplicada.
A magnitude e direção de uma força aplicada
ao corpo humano são fatores que podem
determinar ou não ocorrência de lesão. As
propriedades dos tecidos corporais também
devem ser consideradas.
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Estresse Mecânico: representa aa distribuiçãodistribuição dada
forçaforça resultanteresultante dentro de um corpo sólido
quando sob a ação de uma força externa (força
por unidade de área).
Se o corpo humano for submetido à carga
(impacto), a probabilidade de lesão dos
tecidos corporais também está relacionada à
magnitude e direção do estresse causado pelo
impacto.
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Deformações Elásticas e Plásticas
DeformaçãoDeformação é a mudança no formato original da
estrutura.
Elasticidade - É a habilidade do material em
retornar seu tamanho e forma original (livre de
estresse) quando as cargas aplicadas são
removidas.
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RESPOSTA ELÁSTICA: Se uma carga é aplicada
em um material, tal que o estresse gerado no
material é igual ou menor que o limite
elástico, as deformações que acontecerão no
material serão completamente recuperadas,
uma vez que as cargas aplicadas sejam
removidas.
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RESPOSTA PLÁSTICA: Implica deformações
permanentes ou “temporariamente
permanentes”. Materiais podem sofrer
deformações plásticas quando são carregados
além dos seus limites elásticos. As
deformações plásticas podem vir
acompanhadas de falha ou ruptura.
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Ponto de Cessão – É o ponto em que o material
passa da condição elástica para condição
plástica. Cada biomaterial (osso, tendão,
cartilagem, músculo, etc...) apresenta um
ponto de cessão diferente.
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Cargas Repetitivas x Agudas: Lesão
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Cargas Agudas: a aplicação de uma única força
de magnitude suficiente pode causar lesão do
tecido biológico e causar lesão aguda
(traumática).
Cargas Repetitivas: a aplicação repetitiva de
cargas subagudas (magnitude mais baixa)
agindo por certo tempo pode causar lesão
crônica do tecido biológico (microtrauma).
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Comportamento Ativo e Passivo no 
Movimento
• Comportamento Ativo – Existe uma força interna
atuando diretamente para realização do
movimento.
• Comportamento Passivo – ocorrepor ação de uma
força externa, ao segmento que se desloca no
espaço.
Energia: capacidade de produzir trabalho. Há
diversos tipos (solar, calor, nuclear, elétrica,
mecânica). Em biomecânica geralmente interessa
a energia MECÂNICA.
ENERGIA MECÂNICA= En Cinética + En Potencial
Energia mecânica: 1/2mV2 + mgH
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Ec + Ep
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ENERGIA
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Potência: produto da força e velocidade. A
potência muscular será o produto da força
muscular pela velocidade de contração
concêntrica. Alta potência é característica dos
atletas bem treinados.
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A velocidade de contração diminui com o
aumento da carga. Mais potência pode ser
conseguida se o atleta produz um terço de
sua força máxima com um terço de sua
velocidade máxima.
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Dinâmica de Fluidos
Fluido: substância que flui quando
submetido a um estresse de cisalhamento.
Qualquer substância que tende a fluir sob a
ação de uma força de cisalhamento (Susan
Hall).
- Água, ar, sangue
Fluxo: Laminar x Turbilhonar
Laminar: camadas paralelas e regulares de fluido
Turbilhonar: mistura das camadas fluídicas
adjacentes.
Arrasto
Flutuabilidade 
Força do Fluido que atua verticalmente PARA
CIMA. Força de flutuação atua no centro de
volume do corpo. Explicado pelo Princípio de
Arquimedes.
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Flutuação é a força experimentada como EMPUXO 
para cima , em sentido oposto à ação da gravidade.
Princípio de Arquimedes
• A força de flutuação é igual ao peso do corpo
deslocado.
Observações
- Densidade de ossos e músculos é maior que a
densidade da gordura
- Água do mar é MAIS densa que a água doce
- Centro de gravidade costuma ficar abaixo do
centro de volume
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Resistência
- Resistência Dinâmica: Força causada pela ação dinâmica de um
fluido que age na direção das correntes livres do fluxo do fluido. A
resistência dinâmica é uma força de resistência, ou seja, torna mais
lento o movimento de um corpo através de um fluido.
- Resistência de Superfície: deriva do atrito entreentre camadascamadas adjacentesadjacentes
de fluido próximas de um corpo que se movimenta através do fluido.
Resistência
- Resistência de Forma: criada por um diferencial de pressão entre a
superfície anterior e posterior de um corpo que se movimenta através
de um fluido.
- Resistência de Onda: Resistência criada pela produção de ondas na
interface entre dois fluidos (ar-água).