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Felipe P Carpes
Cinemática linear
BIOMECÂNICA
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OBJETIVOS
Conceituar cinemática
Conhecer variáveis cinemáticas lineares do movimento humano
Realizar aplicações práticas da cinemática linear para avaliação do movimento humano
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a - plano sagitalb - plano frontalc - plano transverso
movimento tridimensional
Movimento
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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
orde
nada
1 3 5 7 9 11 13 15 17 190,0
1
3
5
7
9
11
13
15
y
x
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(0,0)X
Y
(x,y) = (3,7)
Coordenadas cartesianas para a articulação do quadril e membro inferior
Sistemas espaciais de referência
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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 = -
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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 movimentoHall (2006)
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Cinemática – instrumentação biomecânica
Como informações cinemáticas são adquiridas
Tecnologia provê mecanismos automatizados e em tempo real
movimento – filmagem – digitalização – reconstrução – processamento - resultados
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1 Cin linear - analise do trote.mp4
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MOVIMENTO RECONSTRUÇÃO MODELO DE REPRESENT.
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VÍDEOS
Cin linear - escalada modelo espacial.avi
Cin linear - escalada video.avi
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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
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Deslocamento e distância
X1
X2
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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)
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6 Cin linear - bracada na natacao.mpeg
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Trajetória da mão(vista de cima) no nado crawl
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Velocidade
5 Cin linear - corrida 100m Bolt.avi
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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
posiçãoposiçãov if
−−
= m/s
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Velocidade
Velocidade linear
Taxa de variação na posição
Unidade: m/s
Velocidade resultante
Velocidade média
Velocidade instantânea
t
sv
∆∆= m/s
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Velocidade da corrente
Velocidade do nadador
Velocidade resultante
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Velocidade média x instantânea
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Aceleração
Aceleração linear
Taxa de variação na velocidade
Unidade: m/s2
Aceleração nula
Aceleração positiva
Aceleração negativa
t
va
∆∆=
temponomudança
velocidadenamudançaa =
inicialposiçãonatempofinalposiçãonatempo
velocidadevelocidadea if
−−
=
m/s2
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154
km/h
27
57
34
126
154
100
5,4
10
14
36
7,2
Biomecânica - http://sites.google.com/site/biomecunipampa Estados Unidos Canadá
Ben Johnson Carl Lewis
X
9:79 - Desclassificado por doping 9:92
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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.
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Parâmetros da cinemática linear aplicados ao estudo movimento humano
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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
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Cinemática linear da marcha
Variáveis espaciais
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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
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Normalização
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Variáveis espaço-temporais
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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
Tem
po
(%
do
cic
lo)
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
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Na marchaambulação é mais estudadaresultado das acelerações e movimentos do CG
Obesos - criançasmenor 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 obesoObeso
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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
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Obesos preferem velocidade de 1,4 m/s
Reduzindo a velocidade para 1 m/smomento no joelho 40% menorforça 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
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z
y
x
Abordagem biomecânica das relações entre a cinemática, intensidade do exercício e dominância de membros em cicl istas Carpes et al., Braz J Biomech, 2006
PEDAL
força
movimento
PEDAL
força
movimento
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* Amplitude de movimento do joelho (p<0,05). Ŧ Intensidade do exercício (p<0,05).
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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
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Movimento de projéteis
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Movimento de projéteis
Queda livre, força da gravidade, resistência do ar
Trajetória
Distância determinada por:
ângulo de lançamentovelocidade de lançamentoaltura relativa
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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
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Depois que a bola é abandonada as ações humanas não podem afetar mais o curso
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GRAVIDADEVelocidade diminui
Velocidade aumenta
velocidade = 0
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Movimento horizontal de um projétil
A velocidade horizontal de um projétil é constante e seu
movimento horizontal é constante
Deslocamento horizontal (Δx) constante
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Corpo humano como um projétil
Ângulo de lançamento
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θ
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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)
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Ângulo de lançamento
O ângulo de lançamento é particularmente importante na prática de arremessos
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Determina o comprimento ou tamanho da trajetória
Velocidade de lançamento
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Fatores intervenientes
Aceleração da gravidade
Ângulo de projeção
Velocidade de projeção
Resistência do ar
Altura relativa da projeção
Rotação do projétil
Aerodinâmica do corpo
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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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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