aula02: biomecânica aplicada a educação física

INSTITUTO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR DO BRASIL – IESB

FACULDADE MONTENEGRO – FAM

CURSO DE LICENCIATURA PLENA EM EDUCAÇÃO FÍSICA

PÓLO DE BARRA DO CORDA/MA

CINESIOLOGIACINESIOLOGIA

Leonardo Delgado





TEMA 02: CINÉTICATEMA 02: CINÉTICA




Conceito

• “A área da mecânica que tem como objeto de estudo as forças que geram o movimento.”

HAY, 1993.

• “A área da mecânica que se preocupa com as causas do movimento.”

HAMILL & KNUTZEN, 1999.





Áreas de estudoÁreas de estudo

• Força e Leis de Newton• Torque e Alavancas• Rotações• Centro de Gravidade e Equilíbrio





Conceitos Básicos Relacionados a Cinética

• Massa é a quantidade de matéria que compõe um corpo.

• Inércia tendência de um corpo de resistir a qualquer mudança em seu estado de movimento.

• Força é o produto da massa pela aceleração.– Forças externas afetam o corpo e são provenientes do meio

externo.– Forças Internas são forças geradas dentro do corpo





Cont...Cont...

• Peso força exercida pela gravidade em um objeto.• Pressão força distribuída por determinada

área.N/cm2(Pascal)• Impulso quando uma força é aplicada a um corpo, o

movimento resultante não depende apenas da magnitude da força aplicada, mas também da duração de sua aplicação.

I= Fx t

Unidade: N.s





O movimento segundo NewtonO movimento segundo Newton

• Isaac Newton formulou as Leis Gerais do Movimento:– Lei da Inércia– Lei ou Princípio Fundamental da Dinâmica (Aceleração)– Lei da Ação e Reação

• Tais leis são fundamentais no estudo do movimento em Física, e são essenciais na resolução de problemas relacionados com movimento, velocidade, aceleração e forças, em termos concretos.





Primeira Lei de NewtonPrimeira Lei de Newton

• Também conhecida como Lei da Inércia:

"Todo corpo continua no estado de repouso ou de movimento retilíneo uniforme, a menos que seja obrigado a mudá-lo por forças a ele aplicadas.“





Segunda Lei de NewtonSegunda Lei de Newton

Também conhecida como Lei Fundamental da Dinâmica (Lei da Aceleração):

• “A resultante das forças que agem num corpo é igual ao produto de sua massa pela aceleração adquirida”

F = m.a• “A taxa de variação da quantidade de movimento linear

é proporcional à força aplicada e na direção em que a força age”





Terceira Lei de NewtonTerceira Lei de Newton

Também conhecida como Lei de Ação-Reação:

• “Para cada ação, existe uma reação com mesmo módulo de intensidade e direção, mas com sentido oposto”.





ForçaForça

• A força é definida por quatro características básicas:

– magnitude de força;– direção;– sentido; e– quantidade de tração.





Tipos de ForçaTipos de Força

• Forças de Contato:– Força de reação do solo;– Força de reação articular;– Força de atrito;– Força de inércia;– Força muscular;– Força Elástica;– Força de resistência dos fluidos.

• Forças de Não-Contato: – Gravidade





Representação de forçasRepresentação de forças

• Vetores:• haste - determina a linha de ação da força e seu

tamanho• Ponta - determina o sentido• Cauda - especifica o ponto de aplicação da força• Força Resultante - Quando duas ou mais forças agem

num corpo, pode-se determinar uma força capaz de produzir o mesmo efeito que todas as forças atuando juntas





Composição de vetores

• A resultante deriva da adição ou subtração das forças que atuam em um corpo.

• Forças paralelas versus Forças angulares




AtritoAtrito

• Atrito é uma força natural que atua apenas quando um objeto está em movimento em contacto com outro, diminuindo esse movimento.

• O atrito com uma superfície depende da pressão entre o objeto e a superfície; quanto maior for a pressão maior será o atrito.

• Passar um dedo pelo tampo de uma mesa pode ser usado como exemplo prático: se acaso pressionar com força o dedo, o atrito aumenta e o dedo pára.





Atrito estáticoAtrito estático

• Quando se tenta empurrar uma caixa em repouso em relação ao solo, nota-se que dependendo da força que é aplicada sobre ela, esta não sai do lugar.Assim, há uma força que atua contra o movimento, e ela é denominada Atrito Estático.





Atrito dinâmicoAtrito dinâmico

• Acontece quando o corpo já está em movimento.• É uma força contrária ao movimento, que aumenta conforme a

pressão que é colocada entre o corpo e a superfície onde ocorre o atrito é o Atrito Dinâmico.

• Exemplo: Um homem empurrando uma caixa. Para deslocá-la com velocidade constante, basta fazer uma força igual à do atrito. Para acelerar o movimento, basta fazer uma força maior que a do atrito, de modo a gerar uma força resultante no mesmo sentido do movimento.

• Então, conclui-se com isso que a força de atrito estático é maior que a de atrito dinâmico.





GravidadeGravidade

• Aplicada constantemente• Sobre tudo e todos• Sempre em direção o centro da terra





Centro de GravidadeCentro de Gravidade

• ponto localizado no interior de um corpo onde se possa considerar que toda massa esteja concentrada.





Localização do Centro de Localização do Centro de gravidadegravidade

• A localização do CG corresponde ao centro de massa do corpo, sobre o qual e ao redor do qual, todas as atividades estáticas e dinâmicas, todos os movimentos acontecem.

• Em qualquer situação, é sobre esse ponto de equilíbrio que se dá a ação da gravidade, impulsionando-o em translação, rotação ou dotando-o de um momentum ou torque.

• Quando o corpo faz uma trajetória no ar, é seu CG que faz essa trajetória.





Estudo das alavancasEstudo das alavancas

– O corpo humano deve ser considerado como uma unidade mecânica em que os ossos atuam como uma barra sólida na qual serão aplicadas forças, as articulações servirão de eixo, sede do movimento e os músculos agirão como potência na produção do movimento.

– A alavanca é uma barra rígida que gira sobre um ponto fixo denominado eixo ou ponto de apoio. A parte da alavanca que se encontra entre o ponto de apoio (A) e a resistência (R) é chamado braço de resistência (BR); a parte entre o ponto de apoio e a força aplicada denomina-se braço de potência (BP).





Alavancas ou Bio-alavancas

• Uma máquina simples que consiste em uma barra relativamente rígida que poder ser rodada ao redor de um ponto de apoio , eixo ou fulcro.

• Forças que atuam em uma alavanca: Força motora ou potência e Força resistência





Componentes de uma alavancaComponentes de uma alavanca

• Potência (P) : Ponto onde se insere o músculo que se contrai para manter o equilíbrio da alavanca.

• Resistência (R): Peso a ser mantido ou vencido• Apoio (A): Articulação onde ocorre o movimento• Braço de Potência (BP): Distância entre o apoio e a

potência.• Braço de Resistência (BR): Distância entre o apoio e a

resistência.– Uma alavanca se encontra em equilíbrio quando:

Resistência X Braço de resistência = Potência X Braço de Potência





Elementos de uma bio-Elementos de uma bio-alavancaalavanca





Braço de momento de um Braço de momento de um músculomúsculo

• É a distância entre o eixo de uma articulação e o ponto de aplicação da força muscular ( inserção do músculo )

• É máximo com um ângulo de 90°de tração .(A)• A medida que a linha de tração se afasta de 90°em

qualquer direção , o ( BM ) se torna progressivamente menor .(B)





Tipos De AlavancasTipos De Alavancas

– Alavancas de Primeiro Grau – Interfixa - Equilíbrio: O apoio fica entre a resistência e a potência. Alavancas da postura.

– Alavancas de Segunda Grau: Inter-resistente - a resistência se encontra entre o ponto de apoio e a potência. São alavancas de força. Ex. Carrinhos de mão.

– Alavancas de Terceiro Grau: Interpotentes - a potência está entre o apoio e a resistência. São as mais comuns no corpo humano. Exemplo: Flexão do antebraço sobre o braço, na flexão da perna sobre a coxa, na flexão da coxa sobre a pelve.





Alavanca de Primeira ClasseAlavanca de Primeira Classe– Geralmente na ação simultânea dos músculos

agonistas e antagonistas agindo em lados apostos.

– Ação do músculo esplênio do pescoço agindo para equilibrar a cabeça na articulação atlanto-axial;

– No tornozelo durante apoio unilateral;– Articulações intervertebrais na postura ereta

ou sentada onde o peso do tronco é equilibrado pelos músculos eretores espinhais;

– Gangorra, tesoura; splints para manutenção de extensão dos dedos, joelho e punho. (ALENCAR,2002)





Alavanca de segunda classeAlavanca de segunda classe– O fator principal é a

economia de força.– A resistência se

encontra entre o ponto de apoio e a força.

– O braço de alavanca de força é maior que o braço de resistência

– (Bf > Br), sendo portanto, apropriada aos movimentos de força. (ALENCAR,2002)


– Alavanca do tornozelo realizando movimento de flexão plantar na ponta dos pés;

– Força na articulação coxo-femoral na bipedestação;

– Tração do músculo braquiorradial e extensores do punho para sustentar a flexão do cotovelo sem resistência adicional;

– Carro de mão, pé de cabra; quebra nozes, retirada de parafuso na mudança de pneu.




Alavanca de terceira classeAlavanca de terceira classe– O fator importante é o ganho em velocidade

em detrimento da força.

– O ponto de aplicação da força se encontra entre o ponto de apoio e a resistência. O braço de resistência é sempre mais longo que o braço de força (Br >Bf). É o tipo de alavanca mais comum do corpo humano; Movimento de cadeia cinética aberta nas extremidades;

– Bíceps Braquial na flexão do cotovelo, Deltóide na flexão ou abdução do ombro, , Tibial anterior no tornozelo, Músculos flexor superficial e profundo nas interfalangeanas dos dedos.

– No movimento do Remo, no movimento com a pá. (ALENCAR,2002)





Vantagem mecânicaVantagem mecânica

• Pequena força aplicada sobre uma grande distância, numa das extremidades, produza uma força maior operando no outro extremo;

• Aumentar consideravelmente num extremo, a velocidade de movimento aplicado a outro.

• Ocorre nas alavancas de Segundo graus e em alavancas do Primeiro grau, quando o ponto de apoio está mais próximo da resistência.(ALENCAR,2002)





Desvantagem mecânicaDesvantagem mecânica

• Será necessário um maior esforço• Consegue-se em alavancas do Terceiro grau ou em

alavancas do Primeiro grau quando o apoio está mais próximo da força.– OBS:Não existe vantagem mecânica quando será necessário

um esforço (força) de igual intensidade que o peso que deve levantar





Momento de força ou torqueMomento de força ou torque

• É o efeito de uma força que tende a causar rotação ou torção ao redor de um eixo de rotação . Whiting e Zernicke ( 2001)

• TORQUE é o produto da força pelo braço de momento dessa força, ou a distância perpendicular da linha de ação da força ao eixo de rotação. Hall ( 2005)

• TORQUE não é uma força, mas meramente a efetividade de uma força para causar uma rotação. Hamille Knutzen( 1999)





Torque• A magnitude de um torque está relacionada à magnitude

da força que o está gerando, mas um fator adicional é a direção da força em relação à posição do ponto central.

• A distância perpendicular do pivô à linha de ação da força é o braço de alavanca da força. Um método para calcular o torque é multiplicar a força (F) que gerou pelo braço de alavanca (d).

T = F x d





Torque interno e Torque Torque interno e Torque ExternoExterno

• Forças operando fora do corpo produzem torque externo.

• O músculo, atuando em sua fixação móvel, produz torque interno:

O torque produzido por um grupo de músculos depende:– Angulo de inserção muscular em relação ao osso que atua;– Tamanho do BP;– Relação comprimento - tensão;– Velocidade de encurtamento - tipo de fibras





Alguns fatores relacionados ao Alguns fatores relacionados ao efeito do torqueefeito do torque

• A intensidade e a posição em que a força é aplicada influem no seu ″Poder de rotação” ou seja, no seu momento ou torque:– Quanto > a força = >o momento que ela produz.– Quanto > a distância da força aplicada ao eixo de rotação = >

maior o momento que ela produz.





Cadeia Cinética

• É o estudo das forças que produzem ou afetam o movimento.

• As leis desenvolvidas por Newton (foto ao lado) formam a base para o estudo da cinemática.




Trabalho

• Em mecânica, o trabalho é o produto de forças sobre um objeto e o deslocamento do objeto paralelo ao componente de força de resistência do objeto.

• O trabalho pode ser expresso em termos diferentes, mas será sempre o produto da força pela distância, como kgxcm, ou tonxkm, etc

Trabalho (W) = Força (F) x Distância (d) x cosα.

Atenção: forças perpendiculares ao deslocamento NÃO realizam trabalho.




Energia

• Capacidade de realizar trabalho.• Existem dois tipos:

– MECÂNICA: é aquela associada à posição e à velocidade dos segmentos corporais.

– ENERGIA TÉRMICA: é aquela associada à diferença de temperatura e que se deve ao nível de agitação molecular das partículas que constituem o sistema.





Energia Mecânica

• Energia Cinética• Energia Potencial Gravitacional• Energia Potencial Elástica





Energia Cinética Energia Cinética

• É inerente ao movimento e proporcional a quadrado da velocidade.

• Pode ser calculada:

Ec = m v2/2• Unidade de toda energia no SI é o Joule (J), mas nas

ciências biológicas usualmente é utilizado a caloria.

1 cal = 4,2 J





Energia Potencial Energia Potencial Gravitacional Gravitacional

• existe em todo campo gravitacional e é diretamente proporcional à altura na qual o corpo está.

• Pode ser calculada:

Epg = m g h

• Onde m é a massa, g a gravidade e h a altura





Energia Potencial Elástica Energia Potencial Elástica

• existe em todos os meios elásticos e é diretamente proporcional ao quadrado da deformação sofrida.

• Meio Elástico? O que é isto?Epel = K X2/2

• Onde K é a constante elástica e X a deformação sofrida

• Todos os biomateriais são elásticos !





Teorema da Energia Cinética Teorema da Energia Cinética (TEC)(TEC)





Quantidade de Movimento (Q) Quantidade de Movimento (Q)

• grandeza vetorial diretamente proporcional à velocidade.

Q = m v

• Sua unidade no SI é: Kg.m/s





Impulso (I)Impulso (I)

• Grandeza vetorial determinada pela integral da força em função do tempo.

I = F . Δt

• Sua unidade no SI é: N.s





Teorema do ImpulsoTeorema do Impulso

• O impulso da força resultante responsável pelo movimento é igual a variação da quantidade de movimento (ΔQ). Ou seja:

I = ΔQ





Impacto ou ColisãoImpacto ou Colisão

• Impacto é a colisão de dois corpos por um intervalo de tempo extremamente pequeno (30 – 50 ms), durante o qual os dois imprimem forças relativamente grandes um contra o outro.

• O comportamento de dois objetos após um impacto depende não somente do momento linear coletivo, mas também da natureza do impacto





Tipos de ColisõesTipos de Colisões

• Existem 3 tipos de colisões:• Plástica: corpos permanecem juntos após a colisão.

Máxima dissipação de energia.• Elástica: Corpos colidem e se separam. A Q e a Ec

permanecem constantes.• Parcialmente Elástica: após o impacto corpos dissipam

energia na forma de calor, ou seja a Ec do sistema diminui.





Rendimento (Rendimento (η)η)

• Rendimento (η) é a medida da eficiência de uma máquina.

• Pode ser determinado pela razão entre a energia útil e a energia total disponível.

• Ou seja:





Exemplos de eficiência Exemplos de eficiência


aula02: biomecânica aplicada a educação física

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