BIOMECÂNICA aula 1

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Aula 1 
BIOMECÂNICA
Profª Marcia Maria Kulczycki 
O movimento tem fascinado historicamente pesquisadores de numerosas disciplinas. 
Mas à medida que as ciências se expandem, vai ficando patente que o movimento na sua base complexas interações biológicas e mecânicas. 
Biomecânica 
 Pode-se decompor o termo em duas partes: 
=>No prefixo “bio”, de biológico, ou seja, relativo aos seres vivos e, mecânica. 
Então... 
a partir da análise morfológica da palavra, a Biomecânica será 
a aplicação dos princípios da Mecânica aos seres vivos. 
· Um pouco mais comprometida na explicação dos fatos pela luz de uma ciência mais antiga, a física, a biomecânica simboliza a aplicação da mecânica ao ser vivo, interpretando, assim, seus gestos na vida diária. (Carpenter,C.S. 2005) 
· A aplicação da mecânica ao corpo humano vivo é chamada biomecânica (Brumstrom) 
· É definida como “ a aplicação dos princípios da mecânica ao estudo dos problemas biológicos” (Enoka, R.M. 2000) 
· A biomecânica avalia o movimento de um organismo vivo e o efeito da força – seja empurrando ou tracionando – sobre esse organismo. (Hamill) 
· Aplicação de princípios mecânicos no estudo dos organismos vivos (Hall, S. 2005) 
Alguns nomes importantes 
Aristóteles (384 - 322 a.C.) 
Com apenas 17 anos, Aristóteles apresentava um talento notável para observação e era fascinado pela a anatomia e estrutura de seres vivos. 
Considerado como o primeiro Biomecânico. 
Escreveu um livro sobre o movimento dos animais, considerando seus corpos como sistemas mecânicos: De Motu Animalium (O movimento dos animais). 
Foi quem introduziu o termo "mecânica" pela primeira vez, descrevendo alavancas e outros mecanismos simples. 
Claudius Galeno (130 - 201 d.C.) 
Médico que escreveu "De motu musculorum" onde teve as primeiras considerações de como o músculo funciona. 
Sem conhecer a macroestrutura do músculo, fez uma tentativa de explicação de como ocorre o encurtamento das fibras. 
Também foi considerado como o primeiro Médico Desportivo. 
Leonardo da Vinci (1452 - 1519) 
Era um homem da Renascença que fazia tudo através de desenhos para explorar o mundo das ciências. 
Seus estudos se baseiam fundamentalmente em sua formação de engenharia. Contribuiu substancialmente para a área da mecânica ao longo do desenvolvimento de seus inúmeros projetos de engenharia civil e invenções imaginativas: de skis aquáticos à planadores manuais. 
Estudou anatomia humana e analisou forças musculares e funções articulares. 
Da Vinci qualifica a mecânica como a mais nobre e útil ciência pelo fato de que todos os corpos vivos que possuem capacidade de movimentar-se, agem de acordo com as leis desta ciência. 
Escreveu a "Mecânica do Movimento". 
Galileu Galilei 
Pai da mecânica 
Inventou o telescópio 
Fez experimentos no alto da Torre de Pisa 
(fez estudos sobre a aceleração de um corpo em queda livre). 
Com seus estudos fez alguns avanços na mecânica da estrutura óssea. 
Introduziu a matemática e a experimentação observacional contribuindo em muito para o método científico 
(examinar os fatos criticamente e reproduzir o fenômeno experimental, assim como determinar causas e efeitos e chegar a uma explicação do que foi observado) 
Giovanni A. Borelli (1608 - 1679) 
Escreveu um livro que foi o primeiro a esclarecer que as alavancas do sistema musculoesquelético aumentam / ampliam o movimento muito mais do que a força. 
Ele determinou o centro de gravidade do corpo humano 
Demonstrou que a inspiração dependia de ação muscular e a expiração dependia da elasticidade dos tecidos. 
É considerado o pai da Biomecânica. 
Escreveu "De motu animalium" e "De motu musculorum". 
Isaac Newton (1643 - 1727) 
Estabeleceu as leis da mecânica - leis de movimento. 
Irmãos Weber 
Eduard (1795-1881) e Wilhelm Weber (1804-1891) 
Estudaram a marcha humana a partir de leis simples da mecânicas. Compararam o movimento dos membros inferiores com o movimento de um pêndulo. Utilizaram a cronofotografia como método de análise. 
A moderna pesquisa sobre marcha humana deve-se em parte às contribuições dos dois irmãos Eduard (1795-1881) e Wilhelm Weber (1804-1891), e sua obra "On the Mechanics of the Human Gait Tools". Esta obra foi predominantemente baseada em observações, considerações teóricas e bom senso e intuição dos pesquisadores 
Eadweard Muybridge (1830 - 1904) 
Realizou importantes estudos fotográficos sobre padrões de movimento que foram marcos na cinemetria biomecânica. 
OBJETO DE ESTUDO 
O objeto de estudo da Biomecânica é o sistema gestual, isto é, o movimento. 
Este estudo do sistema gestual consiste na análise da interação do corpo, que realiza a ação, com o meio envolvente. 
Em termos mais específicos, serão considerados como objetivos da Biomecânica: 
a) aumentar a eficiência técnica dos sujeitos 
b) diminuir a probabilidade de se verificarem lesões, do tipo crônico ou agudo, decorrentes da atividade física. 
Campos de aplicação da Biomecânica (Adrian e Cooper, 1995).
-Biomecânica do Desenvolvimento 
-Biomecânica do Desporto 
-Biomecânica Reabilitativa 
-Biomecânica Ocupacional 
-Biomecânica nas Artes 
Biomecânica do Desenvolvimento 
Estudos dos padrões de movimento e as suas alterações devido à interação do sujeito com o meio envolvente ao longo do desenvolvimento ontogenético. 
Biomecânica do Desporto 
Estudo das técnicas desportivas procurando a maximização da sua eficiência e redução dos riscos de lesão. 
Biomecânica Reabilitativa 
Estudo dos padrões de movimento em sujeitos lesionados ou portadores de deficiências. 
Biomecânica Ocupacional 
Estudo da interação do trabalhador com seu meio de trabalho, no domínio antropométrico, mecânico e aspectos do envolvimento. 
Biomecânica nas Artes 
Estudo da eficiência das técnicas artísticas (dança, música, teatro, etc.). 
Também: 
Biomecânica de atividades diárias 
Biomecânica das meninges 
Mobilização Neural (Butler) 
E mais... 
Biomecânica - Sub-ramos, subdivisões e Definição de termos
Sub-ramos da mecânica (HALL, S.J.) 
a) Estática 
b) Dinâmica 
Estática: 
É o estudo dos sistemas que se encontram em um estado de movimento constante, isto é: 
· em repouso (sem movimento) ou movimentando-se com uma velocidade constante. 
Dinâmica 
• É o estudo dos sistemas nos quais existe aceleração. 
• Ramo da mecânica que trata de sistemas submetidos à aceleração 
Subdivisões adicionais do estudo biomecânico 
a) Cinemática 
b) Cinética 
Cinemática 
• É a descrição do movimento, incluindo o padrão e a velocidade das sequências de movimentos realizadas pelos segmentos corporais 
• Estudo da descrição do movimento, incluindo considerações de espaço e de tempo 
Cinética 
- Leva em conta quais forças interferem na realização do referido movimento (internas e externas) 
Externas: gravidade, da inércia, da força contra o solo... 
Internas: especialmente os músculos 
• É o estudo das forças associadas ao movimento 
• Estudo da ação das forças (Hall, S.J.) 
• Estudo das forças e de seus efeitos (Whiting & Zernicke) 
- Leva em conta quais forças interferem na realização do referido movimento. 
CINEMÁTICA – CINÉTICA: Enquanto a cinemática descreve o aspecto do movimento, a cinética é o estudo das forças associadas ao movimento. 
Fatores antropométricos 
• Incluindo formato, tamanho e peso dos segmentos corporais, são outras considerações em uma análise cinética.
CONCEITOS CINEMÁTICOS 
Formas de movimento a maior parte dos movimentos humanos é constituída por movimento geral, uma combinação complexa dos componentes dos movimentos linear e angular. 
• Como os movimentos linear e angular são formas “puras” de movimento, às vezes é útil dividir os movimentos complexos em seus componentes linear e angular ao realizar uma análise. 
a) Movimento linear 
• ao longo de uma linha (que pode ser reta ou curva) 
• com todas as partes do corpo se movimentando na mesma direção e com a mesma velocidade 
• É também denominado de movimento de translação. 
• Quando um corpo experimenta translação, movimenta-se comouma unidade e as partes do corpo não se movimentam umas em relação às outras. 
Movimento linear 
Se a linha é reta, o movimento é retilíneo. 
Se a linha é curva, o movimento é curvilíneo. 
. 
Exemplo 
• Um passageiro dormindo em uma viagem aérea tranqüila está sendo transladado através do ar. 
• Se o passageiro levanta o braço para apanhar uma revista, a translação pura deixa de ocorrer, pois modificou-se a posição do braço em relação ao corpo. 
b) Movimento angular 
• Envolve a rotação ao redor de uma linha ou de um ponto central 
• É a rotação ao redor de uma linha central imaginária conhecida como eixo de rotação, o qual é orientado perpendicularmente ao plano em que se processa a rotação. 
Exemplo 
• Quando um ginasta executa um círculo gigante na barra, todo o corpo roda, com o eixo de rotação passando pelo centro da barra. 
• Quase todos os movimentos humanos voluntários envolvem a rotação de um segmento corporal ao redor de um eixo imaginário de rotação que passa através do centro da articulação à qual o segmento está ligado. Movimento angular 
• Quando ocorre um movimento angular ou ma rotação, partes do corpo em movimento estão se deslocando constantemente em relação às outras. 
Movimento geral 
• Ao combinar a translação e rotação, o movimento resultante é um movimento geral. 
• Uma bola de futebol americano chutada de um ponto a outro realiza um movimento de translação ao mesmo tempo que roda ao redor de um eixo central.
Posição anatômica de referência 
•É uma posição vertical com os pés separados ligeiramente e os braços pendendo relaxados, com as palmas das mãos voltadas para frente, considerada como ponto de partida quando são definidos os termos em relação ao movimento. (fig. 1)
 
(fig.1) (fig.2) 
Termos direcionais 
• Superior: mais próximo da cabeça (cranial) 
• Inferior: mais afastado da cabeça (caudal) 
• Anterior: para frente do corpo (ventral) 
• Posterior: para trás do corpo (dorsal) 
• Medial: para linha média do corpo 
• Lateral: afastado da linha média do corpo 
• Proximal: mais próximo do tronco (joelho é proximal em relação ao tornozelo) 
 •Distal: afastado do tronco ( o punho é distal em relação ao cotovelo) 
• Superficial: para a superfície do corpo 
• Profundo: dentro do corpo e afastado da superfície corporal. 
Planos anatômicos de referência 
• Os três planos cardinais imaginários dividem a massa do corpo em três dimensões. (fig.3) 
• O plano pode ser imaginado como uma superfície plana imaginária. 
Plano sagital 
· plano ântero-posterior (AP) 
Plano no qual acontecem os movimentos para diante e para trás do corpo e dos segmentos corporais 
Divide o corpo verticalmente em metades direita e esquerda, com cada metade contendo a mesma massa. 
 Plano frontal 
· plano coronal 
=> Divide o corpo verticalmente em metades anterior e posterior com massa igual 
=>Plano no qual acontecem os movimentos laterais do corpo e dos segmentos corporais 
Plano transversal 
· horizontal 
Separa o corpo em metades superior e inferior 
Plano no qual acontecem os movimentos horizontais do corpo e dos segmentos corporais quando o corpo se encontra na posição ereta
 
(fig. 3) (fig.4) 
• Para um indivíduo na posição em pé na posição anatômica de referência, os três planos cardinais entrecruzam-se todos em um único ponto, conhecido como centro de massa ou centro de gravidade. (fig.4) 
Sistemas espaciais de referência 
• Quando os biomecânicos descrevem quantitativamente o movimento dos organismos vivos, eles utilizam um sistema espacial de referência para padronizar as mensurações realizadas. 
• O mais comumente utilizado é o sistema de coordenadas cartesianas (...) (fig. 5) 
• Os movimentos que ocorrem principalmente em uma única direção, ou planares, como a corrida, o ciclismo ou os saltos podem ser analisados utilizando-se um sistema de coordenadas bidimensional.
 
• (...) os pontos de maior interesse são medidos em unidades, na direção x, ou horizontal, e na direção y, ou vertical. ...os pontos de maior interesse são habitualmente as articulações do corpo.
 (fig. 5) 
Conceitos Cinéticos
· O corpo humano gera forças e resiste a elas durante a realização das atividades diárias. (Hall) 
· As forças da gravidade e do atrito permitem a deambulação e a manipulação de objetos de maneira previsíveis quando forças internas são produzidas pelos músculos. 
· A participação nos desportos envolve 
· a aplicação de forças que irão agir sobre bolas, bastões, raquetes e tacos, assim como 
· a absorção de forças a partir dos impactos com a bola, o solo ou o assoalho, e os oponentes nos desportos de contato. 
Conceitos básicos relacionados à cinética 
· Inércia 
· Massa 
· Força 
· Centro de gravidade 
· Peso 
· Pressão 
· Volume 
· Densidade 
· Torque 
· Impulso 
Grandezas escalares e vetoriais 
 • A maioria dos conceitos em mecânica são escalares ou vetores. 
Grandezas escalares 
Necessitam apenas do valor numérico (módulo) para serem compreendidas. 
Exemplos: massa, temperatura, distância, área, volume, tempo, etc. Uma quantidade escalar só tem magnitude (módulo). 
Massa é grandeza escalar. É suficiente dizer que um objeto tem 80 quilogramas (kg) de massa 
*** Massa é ≠ de peso (que é força)
Grandezas vetoriais 
Além do módulo, necessitam da direção e do sentido para serem compreendidas. 
Exemplos: velocidade, aceleração, força, posição, deslocamento, etc. 
Graficamente um vetor é representado por uma seta. 
A orientação da seta indica a linha de ação – direção; a ponta da seta denota o sentido do vetor. 
Ex.: força. Para descrever um força completamente, tem que ser expressado quanta força é aplicada e em qual direção e sentido é aplicada.
INÉRCIA 
Na prática inércia significa resistência à ação ou à mudança. 
É a tendência de um corpo a manter seu estado atual de movimento, seja parado ou movimentando-se com velocidade constante (repouso ou M.R.U.) 
Uma barra de 150 kg parada sobre o solo tende a permanecer imóvel. O patinador que desliza sobre uma superfície lisa de gelo. 
A inércia não possui unidade de mensuração porém a quantidade de inércia que um corpo possui é diretamente proporcional à sua massa. 
Quanto mais maciço for o corpo, maior será a sua tendência em manter seu estado de movimento e mais difícil será romper este estado. (fig. 1)
 (fig. 1) 
MASSA 
É a quantidade de matéria que compõe um corpo. O símbolo convencional para massa é m. 
Unidade => kg
CENTRO DE GRAVIDADE 
= centro de massa 
· C.G. de um corpo é o ponto ao redor do qual o peso de um corpo está igualmente equilibrado, independentemente de como o corpo está posicionado. 
Nas análises de movimento, o deslocamento do C.G. funciona como um índice do movimento corporal. De uma perspectiva cinética, a localização do centro de massa determina a maneira pela qual o corpo responde às forças externas. (fig.2) 
Único ponto de um corpo ao redor do qual todas as partículas de sua massa estão igualmente distribuídas (Lehmkuhl & Smith). (fig.3) 
 
(fig.2) (fig.3)
De uma perspectiva cinética a localização do centro de massa determina a maneira pela qual o corpo responde às forças externas. 
VOLUME 
O volume de um corpo é a quantidade de espaço que ele ocupa. 
⚫Sendo o espaço considerado por ter três dimensões (largura, altura e profundidade), uma unidade de volume é: uma unidade de comprimento multiplicada por uma unidade de comprimento, multiplicada por uma unidade de comprimento. 
Unidades de volume
cm x cm x cm = cm³
m x m x m = m³
1litro = 1000 cm³
 
DENSIDADE 
O conceito de densidade combina a massa de um corpo com seu volume. 
Densidade é definida como massa por unidade de volume. 
Densidade = massa/volume 
Unidade: kg/m³
g/cm³
PESO 
É definido como a quantidade deforça gravitacional exercida sobre um corpo. 
P = m . g
Onde: 
P = peso do corpo 
m = massa do corpo 
g = aceleração da gravidade = 9,80665 m/s² (~9,8 m/s²) 
· À medida que a massa de um corpo aumenta, seu peso aumenta proporcionalmente. 
· A direção na qual um peso atua é sempre para o centro da Terra. 
· Na lua ou em outro planeta com aceleração gravitacional diferente, o peso do corpo seria diferente embora sua massa continuasse sendo a mesma. 
Um objeto de 10 kg pesa, aproximadamente, 98 newtons (N) na Terra. 
P= m.g 
P= 10 x 9,8 
P= 98 N ~ 100 N 
PRESSÃO 
É definida como a força distribuída por determinada área. 
P = F
 A
As unidades de pressão são N/cm2 e Pascal = N/m2 
No S.I., a força é dada em Newtons, a área em m² e a pressão em Pascal (Pa), ou seja,
FORÇA 
Uma força pode ser considerada como um impulso ou uma tração agindo sobre um corpo. 
⚫Cada força se caracteriza por sua magnitude, direção e ponto de aplicação em determinado corpo. 
A uma força associa-se 
− uma intensidade (módulo de uma força) 
− uma direção e 
− um sentido que juntos caracterizam uma grandeza vetorial
A força pode causar vários efeitos em um corpo: 
− Imprimir um movimento 
− Cessar um movimento 
− Sustentar um corpo 
− Deformar um corpo 
O conceito de força está comumente associado a um empurrão (compressão) ou a um puxão. 
(Okuno, E. & Fratin, L.) 
 (ambas as forças são aplicadas, p/ex., pela mão de uma pessoa). 
(a) Uma força de pequena intensidade empurra para a direita um objeto. 
(b) Uma força de grande intensidade puxa o objeto para a direita (faz um ângulo de 45º com a horizontal) 
Se mais de um vetor são mostrados em um único desenho, o comprimento de cada seta deve ser proporcional à magnitude do vetor que representa. 
· Forças podem produzir, parar ou modificar o movimento dos corpos. Também podem causar deformações. Elas são sempre aplicadas por um corpo sobre o outro. 
· Empurrar: Um empurrão em um corpo decorrente de um esforço muscular, produz um deslocamento que tem a direção e o sentido desse empurrão. 
· Puxar: Um puxão na mesma direção deve inverter o sentido do movimento. 
· Peso corporal, atrito, resistência do ar ou da água são forças que atuam sobre o corpo humano 
· Forças são grandezas vetoriais e seus módulos são definidos em termos da aceleração que elas imprimiriam ao quilograma padrão. Uma força que provoca nesse corpo padrão uma aceleração de exatamente 1m/s2 é definida como tendo um módulo de 1N (HALLIDAY, RESNICK, WALKER). 
Força Resultante: 
Quando duas ou mais forças agem num corpo, é possível determinar uma força capaz de produzir o mesmo efeito que todas as forças atuando juntas, chamada força resultante. 
Segundo HALLIDAY, RESNICK, WALKER, a força resultante sobre um corpo é definida como a soma vetorial das forças que nele agem.
Unidade de medida de força 
No S.I. é o Newton (N) 
1 Newton 
→ É o valor de uma força que imprime em corpo de um quilograma de massa , uma aceleração de um metro por segundo ao quadrado 
1N = (1kg).(1m/s2) 
 1N ~ à força necessária para erguer uma pequena xícara de café (100 ml) 
1N ~ 10kgf 
 100N ~ força necessária para levantar dois pacotes de açúcar de 5 kg cada um (total de 10kg) 
As unidades de força são unidades de massa multiplicadas por unidades de aceleração 
1N = (1kg).(1m/s2) 
 A ação de uma força acarreta aceleração da massa de um corpo → F = m . a 
Força normal: 
É a força exercida sobre o corpo pela superfície contra a qual o corpo pressiona, sendo sempre perpendicular à superfície. 
 
Força de atrito: 
É a força que age sobre um corpo quando ele desliza ou tenta, sobre uma superfície. É paralela à superfície e está na direção oposta ao movimento do corpo. È desprezível, em uma superfície sem atrito. 
DIAGRAMA DE CORPO LIVRE 
Um corpo livre é qualquer objeto, corpo ou parte corporal que está sendo focalizado para análise. 
A construção de um diagrama de corpo livre constitui habitualmente a primeira etapa ao se analisar os defeitos das forças sobre um corpo ou um sistema de interesse.
Um diagrama de corpo livre consiste em um esboço do sistema que está sendo analisado e das representações vetoriais das forças atuantes. 
A mão deve estar aplicando força a uma raquete de tênis para que esta possa estabelecer um contato vigoroso com a bola; 
⚫Porém se a raquete é o corpo livre de interesse, a mão é representada no diagrama de corpo livre da raquete somente como um vetor de força.