biomecânica - aula 10 cinetica

Biomecânica - Felipe Carpes – https://sites.google.com/site/biomecunipampa

Felipe P Carpesfelipecarpes@unipampa.edu.br

Cinética Linear

Forças associadas ao

movimento

CINÉTICA

Objetivos da aula

Definir força e discutir as suas características

Diferenciar força de contato e força de não contato

Definir as leis de Newton

Discutir diferentes tipos de força e como elas afetam o movimento humano

Inércia

Força peso

Força

Qualquer interação, de impulso ou tração, entre dois objetos, que faça com que um objeto acelere positiva ou negativamente

É grandeza vetorial, logo

direção

sentido

magnitude

ponto de aplicação

linha de ação

ângulo de aplicação

Leis do movimento

1ª Lei

Lei na inércia – vídeo 1

1ª Lei

Lei na inércia

Um corpo em repouso, tende a permanecer em repouso a menos que seja compelido a mudar seu estado pela ação de uma força externa

Leis do movimento

2ª Lei

Lei da aceleração

Uma força aplicada a um corpo provoca uma aceleração deste corpo, com uma magnitude proporcional a ela, na sua direção e inversamente proporcional à massa do corpo.

A partir da definição da 2ª lei do movimento, chegamos ao conceito de momento linear

A variação do momento é proporcional à força impressa, e tem a direção desta força

Leis do movimento

3ª Lei

Lei da ação e reação

Quando um corpo exerce uma força sobre outro, este segundo corpo exerce uma força de reação que é igual em magnitude e em sentido oposto à do primeiro corpo.

As forças que atuam no corpo humano são classificadas por Winter (1990)

- Forças gravitacionais: forças que atuam no corpo humano, atraindo-o

com uma magnitude de massa corporal combinada a aceleração da

gravidade, como por exemplo, a força peso;

- Forças musculares e de ligamentos: forças geradas por contrações

musculares e impostas às articulações e ligamentos;

Tipos de força

Lei da gravitação dos corpos

G = 6.67.10-11N.m2/kg2

Tipos de força

Força de reação do solo (FRS)

Plataforma de Forças de Cunningham e Brown, 1952

Fz, Fx, Fy Mz

Medidas de força de reação do solo

Saltador reduz a velocidade horizontal e cria uma

velocidade vertical dirigida para cima

FRS = desempenho

1, taxa de aceitação de peso; 2, primeiro pico de força; 3, força no médio apoio; 4, segundo pico de força; 5, impulso

I = Fmédia·ΔtI = (m.v)2 – (m.v)1

Força ântero-posterior

Tempo normalizado25 50 75 100

Flexão dorsal

Flexão plantar

Further research work is required to assess the changes in gait pattern that the Kangoo Jumps may produce, energy efficiency of jogging in the Kangoo Jumps, and the efficacy of using them in the rehabilitiation setting.http://www.kangoohealth.com/doc1700.htm

Comportamento mecânico dos corpos em contato

Atrito

Princípios do atrito:

1) O atrito age paralelamente às superfícies em contato e na direção oposta à da força que produz ou tende a produzir movimento.

2) O atrito depende da natureza dos materiais em contato e do seu grau de polimento.

3) O atrito cinético é menor que o atrito estático.

4) O atrito cinético é praticamente independente da velocidade.

5) O atrito independe, praticamente, da área de contato.

6) O atrito é diretamente proporcional à força de uma superfície contra a outra.

7) A força de atrito independe da área e da superfície dos objetos.

Força de atrito

Desempenho

Tração

Lesão

Desempenho medido

Risco de lesão sem contato

O aumento na tração do solado do tênis aumentou significativamente os momentos sobre o tornozelo e joelho durante a mudança de direção. Mesmo que a tração tenha diferido, o desempenho foi o mesmo. Assim, a tração teve efeito apenas sobre o risco de lesão.

Impacto

Colisão entre dois corposIntervalo de tempo pequeno (30 a 50 ms)

Comportamento após o impacto:depende de:

momento linearnatureza do impacto

IMPACTO PERFEITAMENTE ELÁSTICO a velocidade relativa dos dois corpos após o impacto é a mesma que sua velocidade relativa antes dele

IMPACTO PERFEITAMENTE PLÁSTICO pelo menos um dos corpos se deforma, não recuperando sua forma original, e os corpos não se separam

Impacto

Coeficiente de restituição para dois corpos em movimento

impactodoantesrelativavelocidadeuu

impactooapósrelativavelocidadevve

e = 1 : impacto perfeitamente elástico

e > 1 : impacto plástico

Impacto

Coeficiente de restituição para um corpo movimento e outro estacionário

e = 1 : impacto perfeitamente elástico

e > 1 : impacto plástico

hf = altura final

hi = altura inicial

Bolas esportivasQuadrasPisos

Aerodinâmica

Resistência dos fluidos

Força elástica

Exemplos:

TrampolimComponentes passivos do músculo esqueléticoTendões e ligamentos

Pressão

Momento de inércia

Resistência a aceleração angular

Momento de inércia

Dependerá:

da massa

da distribuição da massa (raio de giração)

Cada partícula fornece alguma resistência à mudança no movimento angular. Essa resistência é igual á massa da partícula vezes o quadrado da distância da partícula ao eixo de rotação.

Unidade: kg.m2

I = mr2

I = Σmiri2

Momento de inércia

Na cinética linear a massa era o mais importante

No momento de inércia, a distribuição da massa é mais significativa que a própria massa

Para uma mesma massa, quanto mais afastada do eixo de rotação ela estiver distribuída/concentrada maior será o momento de inércia

I = mr2

r1r1r2

Dependendo do eixo em torno do qual um objeto gira, seu momento de inércia varia, apesar da massa ser a mesma.

O momento de inércia sempre é relativo a um eixo de rotação.

O momento de inércia é calculado para cada segmento

O somatório dos momentos de inércia corresponde ao momento de inércia do corpo

Para o cálculo do momento de inércia empregamos os conceitos de:

ForçaInérciaCentro de massaTorqueAlavancas...

Momento angular

É possível manipular os momentos de inércia do corpo humano pela alteração no momento angular

H = I .

Unidade: kg.m2/s

Momento angular

“quantidade de movimento angular de um corpo”

Depende do momento de inércia e velocidade angular

H = m . k2 .

Momento angular

Durante um salto, o momento angular é conservado, pois a única força agindo sobre o corpo é a força peso, que age no CM

Conservação do momento angular

Durante o salto (na ginástica por exemplo) as variações no momento de inércia são proporcionais as variações da velocidade

As mudanças no momento de inércia são obtidas com a manipulação dos segmentos

-Salto carpado

- santo estendido

Queda do gato

É mais fácil realizar rotação no eixo

transverso, pois é onde se tem menor

distribuição de massa

Transferência do momento angular

O momento angular total para um sistema permanece constante na ausência de torques externos

H1 = H2

(m . k2 . )1 = (m . k2 . )2

Análogos angulares das leis do movimento - Newton

Lei da inérciaUm corpo em rotação continuará em estado de movimento angular uniforme a menos que seja influenciado por um torque externo

Lei da aceleração angularUm torque externo produzirá uma aceleração angular de um corpo que é proporcional ao torque, na direção do torque, e inversamente proporcional ao momento de inércia do corpo

Lei da ação e reaçãoPara cada torque exercido sobre outro corpo, há um torque igual e oposto exercido pelo segundo corpo sobre o primeiro.

Referências

HALL SJ. Biomecânica básica. 4ª edição, Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009

HAMILL J; KNUTZEN KM. Bases biomecânicas do movimento humano. 2ª edição, Manole, 2008

ENOKA RM. Bases neuromecânicas da cinesiologia. 2ª edição, São Paulo: Manole, 2000

WINTER DA. Biomechanics and motor control of human movement. Wiley: NY, 1990

LESS SJ; HIDLER. Biomechanics of overground vs treadmill walking in healthy individuals. Journal of Applied Physiology 104:747-755, 2008

SMITH N et al. Ground reaction force measurement when running in soccer boots and soccer training shoes in a natural turf surface. Sports Engineering 7:159-167, 2004

CARPES FP et al. Effects of workload on seat pressure while cycling with two different saddles. Journal of Sexual Medicine 6:2728-2735, 2009

CARPES FP et al. Bicycle saddle pressure: effects of trunk position and saddle design on healthy subjects. Urologia Internationalis 82:8-11. 2009

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