Biomecânica - Aula 7 cinematica linear

Biomecânica - http://sites.google.com/site/biomecunipampa
Felipe P Carpes
Cinemática
linear
BIOMECÂNICA

OBJETIVOS
Conceituar cinemática
Conhecer variáveis cinemáticas lineares do movimento humano
Realizar aplicações práticas da cinemática linear para avaliação do
movimento humano

a - plano sagital
b - plano frontal
c - plano transverso
movimento tridimensional
Movimento

Sistemas espaciais de referência
Úteis para descrição padronizada do movimento humano
Sistema mais comumente utilizado é o sistema de coordenadas Cartesianas
Pontos de interesse são posicionados de acordo com coordenadas numéricas
atribuídas para x, y (e z) a partir de um referencial (0,0,0)
René Descartes (1596 – 1650)
Filósofo matemático francês que
inventou a geometria analíticaabscissa
ordenada

1 3 5 7 9 11 13 15 17 190,0
1
3
5
7
9
11
13
15
y
x

(0,0)
X
Y
(x,y) = (3,7)
Coordenadas cartesianas para a articulação do quadril e membro inferior
Sistemas espaciais de referência

CINEMÁTICA
Ramo da mecânica que estuda a
geometria, o padrão ou a forma do
movimento em relação ao tempo, sem se
preocupar com suas causas.
Enoka, 2000
Movimento em relação a um referencial.
x
y
(0,0)
x = +
y = +
x = -
y = +
x = -
y = -
x = +
y = -

Cinemática
Área da mecânica que trata da descrição de componentes de
movimento espaciais e temporais
Hamill & Knutzen (2008)
Cinemática linear
Forma, padrão ou sequência de movimento em relação ao tempo
“aparência” do movimento
Descrição espaço-temporal do movimento
Hall (2006)

Cinemática – instrumentação biomecânica
Como informações cinemáticas são adquiridas
Tecnologia provê mecanismos automatizados e em tempo real
movimento – filmagem – digitalização – reconstrução – processamento - resultados

1 Cin linear - analise do trote.mp4

MOVIMENTO RECONSTRUÇÃO MODELO DE REPRESENT.

VÍDEOS
Cin linear - escalada modelo espacial.avi
Cin linear - escalada video.avi

Com uma avaliação cinemática é possível ver na prática a diferença
entre um movimento desenvolvido rapidamente ou com menor
velocidade.
Na aquisição de imagens, a frequência de aquisição é uma variável
muito importante.
Por quê?
4 Cin linear - filmagens alta velocidade.wmv

Deslocamento e distância
X1
X2

Deslocamento
Envolve a diferença entre posição inicial e posição final
ΔS = Sf - Si
Δx = Xf - Xi
Δy = Yf – Yi
Deslocamento AB, sendo posição inicial A (2,1) e posição final B (7,7)
Δx =
Δy =
Qual o comprimento do deslocamento?
Qual a direção do deslocamento?
A (2,1)
B (7,7)

6 Cin linear - bracada na natacao.mpeg

Trajetória da mão(vista de cima) no nado crawl

Velocidade
5 Cin linear - corrida 100m Bolt.avi

Velocidade vetorial e escalar
Velocidade vetorial = mudança de posição : tempo
descreve magnitude e direção
Velocidade escalar = distância : tempo (velocímetro de um carro)
descreve apenas magnitude
Em biomecânica, a velocidade vetorial é mais importante
v = ΔS : Δt
finicialposiçãonatempofinalposiçãonatempo
posiçãoposição
v if
−
−
= m/s

Velocidade
Velocidade linear
Taxa de variação na posição
Unidade: m/s
Velocidade resultante
Velocidade média
Velocidade instantânea
t
s
v
∆
∆
= m/s

Velocidade da
corrente
Velocidade
do nadador
Velocidade
resultante

Velocidade média x instantânea

Aceleração
Aceleração linear
Taxa de variação na velocidade
Unidade: m/s2
Aceleração nula
Aceleração positiva
Aceleração negativa
t
v
a
∆
∆
=
temponomudança
velocidadenamudança
a =
inicialposiçãonatempofinalposiçãonatempo
velocidadevelocidade
a
if
−
−
=
m/s2

154
km/h
27
57
34
126
154
100
5,4
10
14
36
7,2

Estados UnidosCanadá
Ben Johnson Carl Lewis
X
9:79 -
Desclassificado
por doping 9:92

Johnson ganhou a competição nos 50 m iniciais
Até os 50 m iniciais Johnson foi o mais rápido
Entre 50 – 60 m eles alcançaram suas velocidades máximas
Após 60 m ambos reduziram mas Johnson ficou mais lento principalmente nos 10 m
finais
No entanto, Johnson foi flagrado pelo anti-doping, e por ter usado uma substância
proibida para aumentar a massa muscular e capacidade respiratória, perdeu a medalha.

Parâmetros da cinemática linear
aplicados ao estudo movimento humano

Cinemática linear da marcha
Passada: intervalo desde o evento em uma perna até o mesmo evento na
mesma perna, no contato seguinte
Passo: parte da passada que vai desde a ocorrência de um evento numa
perna até o mesmo evento na perna oposta
Largura do passo: distância (sentido médio-lateral) entre calcanhar direito e
esquerdo
Dois passos equivalem a uma passada, que também é chamada de ciclo
da marcha
Velocidade de corrida = comprimento da passada * frequência da passada

Cinemática linear da marcha
Variáveis espaciais

IC – contato inicial TS – apoio terminal
LR – resposta a carga PS – pré-balanço
TO – saída do pé IS – balanço inicial
MS – apoio médio TS – balanço terminal
Ciclo da marcha

Normalização

Variáveis espaço-temporais

64,0 65,3
36,0 34,7
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
Direito Esquerdo
Tempo(%dociclo)
Fase de apoio
Fase de balanço
Assimetrias na marcha de crianças – cinemática linear
Médias do tempo da fase de apoio e fase de balanço relativo ao tempo
do ciclo completo do andar (N=7).
Variáveis temporais

Na marcha
ambulação é mais estudada
resultado das acelerações e movimentos do CG
Obesos - crianças
menor cadência de passos (mais lentos)
maior tempo em apoio duplo
Relação entre uma ineficiência no movimento e
decréscimo na estabilidade em crianças obesas

Obesos com maior tempo em
apoio duplo (estabilidade)
Obesos com maior oscilação de
equilíbrio e variabilidade
Obesos com menor cadência
Obesidade prejudica o controle
postural
Não obeso
Obeso

Velocidade (m/s)
Cadência (passos/min)
Comp passo (m)
Apoio (%ciclo)
Apoio simples (%ciclo)
Apoio duplo (%ciclo)

Largura do
passo
Obesos apresentaram
maior largura de
passo que sujeitos
com peso normal
Para todas as
velocidades estudadas

Obesos preferem velocidade de 1,4 m/s
Reduzindo a velocidade para 1 m/s
momento no joelho 40% menor
força AP 40% menor
concomitante adoção de uma posição mais
estendida do joelho no contato inicial
Sua marcha natural parece sobrecarregar a região medial
do joelho pela ação dos momentos

z
y
x
Abordagem biomecânica das relações entre a
cinemática, intensidade do exercício e
dominância de membros em ciclistas
Carpes et al., Braz J Biomech, 2006

PEDAL
força
movimento
PEDAL
força
movimento

* Amplitude de movimento do joelho (p<0,05).
Ŧ
Intensidade do exercício (p<0,05).

REFERÊNCIAS
HALL, S. J. Biomecânica básica. 4ª edição, Rio de Janeiro: Guanabara
Koogan, 2009
HAMILL, J.; KNUTZEN, K.M. Bases biomecânicas do movimento humano. 2ª
edição, Manole, 2008
ENOKA, R. M. Bases neuromecânicas da cinesiologia. 2ª edição, Barueri,
SP: Manole, 2000
CARPES et al. Assimetrias na marcha de crianças obesas. Revista Brasileira
de Biomecânica, submetido
CARPES et al. Abordagem biomecânica das relações entre a cinemática,
intensidade do exercício e dominância de membros em ciclistas. Revista
Brasileira de Biomecânica, v.7, 55-61, 2006
LINK et al. Efeitos de diferentes declividades de solado sobre variáveis
selecionadas no andar de crianças. Revista Brasileira de Biomecânica, v.10,
5-10, 2005

Movimento de projéteis

Movimento de projéteis
Queda livre, força da gravidade, resistência do ar
Trajetória
Distância determinada por:
ângulo de lançamento
velocidade de lançamento
altura relativa

Ângulo perfeitamente vertical (90°) → trajetória vertical seguindo o
mesmo caminho retilíneo para subir e para descer
Ângulo obliquo (entre 0° e 90°) → trajetória parabólica
Ângulo perfeitamente horizontal (0°) → trajetória igual à metade de uma
parábola

Depois que a bola é abandonada as ações humanas não podem afetar
mais o curso

GRAVIDADE
Velocidade diminui
Velocidade aumenta
velocidade = 0

Movimento horizontal de um projétil
A velocidade horizontal de um
projétil é constante e seu
movimento horizontal é constante
Deslocamento horizontal (Δx)
constante

Corpo humano como um projétil
Ângulo de lançamento

θ

O que determina o quê?
Se o ângulo de projeção é igual a 90º, a velocidade inicial
determina altura que o objeto alcança
Se o ângulo de projeção é menor que 90º, a velocidade
inicial determina a altura e o alcance da projeção
(distância horizontal)

Ângulo de lançamento
O ângulo de lançamento é
particularmente importante na
prática de arremessos

Determina o comprimento ou tamanho da trajetória
Velocidade de lançamento

Fatores intervenientes
Aceleração da gravidade
Ângulo de projeção
Velocidade de projeção
Resistência do ar
Altura relativa da projeção
Rotação do projétil
Aerodinâmica do corpo

Diferença entre altura de lançamento e a altura de aterragem
Quando a velocidade de projeção é constante uma maior altura de
projeção relativa equivale a um maior período de permanência no ar e
a um maior deslocamento horizontal do projétil
Altura relativa de lançamento

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