Força de Contato

Análise Mecânica
do Movimento
Humano
ANÁLISE MECÂNICA DO MOVIMENTO
HUMANO
Cinemática
Linear
Cinética
Angular
Linear
Angular
Hamill e Knutzen (2008)
Conceitos
Inércia
resistência à ação ou à mudança, sendo adimensional.
Massa
é uma grandeza escalar e é a medida da quantidade de
matéria que constitui um objeto, sendo geralmente expressa em
quilogramas (kg).
Inércia
Massa.
Quando maior a massa de um objeto, maior será sua inércia.
Todo corpo continua em seu estado de repouso, ou de movimento
uniforme em linha reta
força externas.
Conceitos
Pressão
é definida como a força (F) distribuída ao longo de
uma determinada área (A).
p = F/A N/cm².
Em um exercício na esteira a pressão arterial aumenta até certo
ponto e depois se mantém constante. Porque isso ocorre?
Um carro A tem os pneus com 165 mm de largura, enquanto um
carro B apresenta 200 mm de largura dos pneus. Qual dos dois
carros tem a maior probabilidade de atolar na areia?
Impulso
o movimento do corpo não depende apenas da
magnitude da força aplicada, como também da duração de aplicação
dessa força.
I=Fxt
N.s
Força
Força
Força
pode ser compreendida como uma tração ou uma
impulsão agindo sobre um corpo.
F=mxa
1N = 1 kg x 1m/s²
Características da força:
Magnitude
quantidade de força aplicada.
Direção
vetor.
Ponto de aplicação
ponto especifico no qual a força é aplicada a
um objeto (inserção).
Linha de ação
linha reta de comprimento infinito na direção de
ação da força.
Composição e Resolução de Forças
Um vetor de força isolado pode ser calculado ou composto de
modo a representar o efeito final de todas as forças no sistema.
A resultante (efeito final), ela poder ser decomposta em seus
componentes horizontal e vertical.
Composição = resolução (resultante)
Coplanares
plano.
qualquer sistema de forças que atuam apenas num
Colineares
quando os vetores de força atuam ao longo de
apenas uma linha.
Composição e Resolução de Forças
1
2
FORÇA
RESULTANTE
Velocidade da
corrente
4
3
5
Velocidade
do nadador
2
Velocidade
resultante
3
1
4
5
Primeira Lei: Lei da Inércia
“Todo corpo continua em seu estado de repouso, ou de
movimento uniforme em linha reta, a menos que seja
compelido a mudar esse estado por forças externas nele
incidentes”.
Para fazer com que um objeto se movimente, a inércia do
objeto precisa ser superada.
LEIS DE NEWTON
Velocidade= 0
repouso.
∑F= 0, então ∆v= 0.
Para levantar um haltere de 70 kg do chão, preciso colocar
um força superior a quanto?
Primeira Lei: Lei da Inércia
Segunda Lei: Lei da Aceleração
“A mudança de movimento é proporcional a força incidente, e
tal mudança ocorre na direção da linha reta na qual a força
incidiu”.
Aceleração
a taxa de variação da velocidade em função
do tempo, ou dv/dt.
∑F = m x a.
Newton = kg-m/s².
∑F = mdv/dt.
Terceira Lei: Lei de Ação e Reação
“Para toda ação há sempre uma reação igual e oposta; ou as
ações mútuas de dois corpos atuantes um sobre o outro são
sempre iguais e direcionadas para partes contrárias”.
∑F A em B = - ∑F B em A
Massas dos corpos influenciam no impacto da força.
Uma pessoa que aterrissa de um salto exerce uma força
sobre a Terra, e a Terra exerce uma força igual e oposta sobre
a pessoa. No entanto, devido a massa da terra e do corpo
serem diferentes, quem recebe mais impacto: a terra ou o
corpo?
Terceira Lei: Lei de Ação e Reação
CG – CM
Como é calculado o peso corporal?
O vetor da força peso corporal tem origem num ponto conhecido
como centro de gravidade, ou ponto em torno do qual todas as
partículas do corpo estão uniformemente distribuídas
centro de
massa.
CENTRO DE GRAVIDADE
Centro de gravidade
refere-se apenas à direção vetorial.
São usados como sinônimos, mas apresentam peculiaridades.
Centro de massa
CG – CM
Centro de massa
Ponto em torno do qual o somatório dos torques é igual a zero.
∑T = 0
ponto de equilíbrio.
CG – CM
Onde é o CM?
Onde é o CM?
Estabilidade
CG – CM
Centro de
Gravidade
A localização do CG altera-se com a idade
Força de não Contato
TIPOS DE FORÇA
Força da Gravidade
“A força da gravidade é inversamente proporcional ao quadrado da
distância entre os objetos que se atraem e proporcional ao produto
de suas massas”.
F = Gm1m2/r²
G = 9,81 m/s²
~10 m/s²
Força Peso
P = ma
P = mg
Massa corporal (kg) ≠ peso corporal (N)
Ponto de aplicação
centro de massa
Linha de ação
desde do centro de massa até o centro da Terra
Força de Contato
Força de Contato
Uma força de contato envolve ações de empuxo ou tração
exercidas por um objeto em contato direto com outros objetos.
Força de Reação do Solo
Terceira Lei de Newton
A quantidade desse tipo de força é consideravelmente maior do
que as forças de não contato.
O indivíduo empurra contra o solo com força e o solo empurra de
volta contra o indivíduo com igual força na direção oposta.
Força de reação do solo
Força de reação articular
Atrito
Resistência de fluídos
Força muscular
Força elástica
Essa força existe em qualquer superfície: areia, plano e etc.
Força de Contato
Força de Contato
Força de Reação do Solo
Atrito
É uma força que atua paralelamente a interface de duas
superfícies que estão em contato durante o movimento (ou durante o
movimento iminente) de uma superfície ao se movimentar sobre a
outra.
∑F = ma
Força de Contato
Força de Contato
Atrito
Atrito
A medida que a magnitude da força aplicada aumenta, a
magnitude da força de atrito contrária também aumenta até um
ponto crítico
atrito estático máximo.
FAE = µE N
Uma fez que a caixa está em movimento, uma força de atrito
constante contrária continua a atuar
atrito cinético.
FAC = µC N
Força de Contato
Força de Contato
Atrito
Atrito
Dois fatores determinam a magnitude da força de atrito estático
máximo ou de atrito cinético em qualquer situação:
Coeficiente de atrito
µ
Força de reação normal
N
Os fatores que influenciam o µ são a irregularidade e a rigidez das
superfícies em contato e o tipo de interação molecular entre elas.
Outras forças direcionadas verticalmente, afetam a magnitude da
N, que sempre equivale à somatória vetorial de todas as forças que
agem perpendicularmente sobre as superfícies de contato.
Problema
O coeficiente de atrito estático entre a bicicleta e a pista de corrida
é de 0,18 e o coeficiente de atrito cinético é de 0,15. Um ciclista de
250 N está sentado na bicicleta de 200 N. Quanta força de pedal
direcionada paralelamente a superfície horizontal é necessária para
que a bicicleta inicie o movimento? Quanta força é necessária para
que a bicicleta continue em movimento?
Quanto MAIOR a interação MAIOR o
valor de µ
Excesso de atrito
Redução de atrito
Força de Contato
Força de Contato
Resistência dos Fluídos
Força Muscular
Tanto o ar (um gás) como a água (um líquido) são considerados
fluídos.
Um músculo pode gerar apenas uma capacidade força tensiva ou
de tração e, portanto possui capacidade unidirecional.
Não é possív el exibir esta imagem no momento.
Corredor afetado pelo ar.
90º
Nadador afetado pela água.
pico de força.
Força de Contato
Forças Atuantes Sobre um Sistema
Força Elástica
Extensibilidade e Elasticidade.
Os tecidos (músculos, tendões e ligamentos) podem armazenar
força ao serem alongados, de forma muito parecida como o que
ocorre com um tira de borracha.
Quando a força externa é removida, a força elástica pode retornar
e, junto com a força muscular, contribui para força total de ação.
Pré-alongamento.
Forças Atuantes Sobre um Sistema
TORQUE OU MOMENTO DE FORÇA
Torque
Torque
Quando uma força provoca uma rotação, a rotação ocorre em
torno de um ponto de pivô, e a linha de ação da força precisa atuar a
distância do ponto pivô.
Torque ou momento da força
é o produto da magnitude de
uma força pela distância perpendicular desde a linha de ação força
até o eixo de rotação.
Torque não é uma força, mas meramente o efeito de uma força ao
causar rotação.
Tendência de uma força causar rotação em torno de um eixo
específico.
T=Fxr
F = Força (N)
r = distância (m)
entre da linha de
ação da força até
o eixo
?
r = distância ou
braço de momento
de força
Na prática
O que vai ocorrer?
Qual é o torque resultante?
Na prática
Baseado em dados hipotéticos calcule o
torque resultante e estabeleça qual o
movimento que o cotovelo irá fazer.
A
B
Conceitos
Alavanca
é uma barra rígida que é girada em torno de um ponto fixo
ou eixo (ponto de apoio).
A alavanca consiste de uma força de resistência e uma força de
esforço.
Braço de resistência
é a distância perpendicular desde a linha de
ação da força de resistência até o ponto de apoio
SISTEMA DE ALAVANCA
Braço de esforço
é a distância perpendicular desde a linha de ação
da força de esforço até o ponto de apoio.
VM= braço de esforço
braço de resistência
VM=1
VM<1
VM>1
Torque
O Segredo?
1. Encontrar o eixo
2. Encontrar o ponto de aplicação da força de esforço
3. Encontrar o ponto de aplicação da força de resistência
Alavanca de 1ª Classe ou Interfixa
A força de esforço e de resistência se em encontram em lados opostos
do ponto de apoio.
Vantagem mecânica pode ser igual a 1, maior que 1 e menor que 1.
Exemplos:
Co-contração?
Alavanca de 2ª Classe ou Inter-resistente
Alavanca de 3ª Classe ou Interpotente
A força de esforço e de resistência atuam no mesmo lado do ponto de
apoio, com a força de resistência localizada entre ponto de apoio e a
força de esforço.
A força de esforço e de resistência atuam no mesmo lado do ponto de
apoio, no entanto, a força de esforço localiza-se entre ponto de apoio e
a força de resistência.
Vantagem mecânica só pode ser maior que 1.
Vantagem mecânica só pode ser menor que 1.
Exemplos:
Exemplos:
+Força
+Velocidade
+Presente nas
articulações
Identifique o tipo de alavanca que o carrinho
de mão representa.
Qual tipo de alavanca?
Calcule a força que um pedreiro tem que
fazer para carregar 80 kg de pedra com a
ajuda de um carrinho de mão que possui 1,80
m de comprimento. A distância entre o centro
de gravidade do volume de pedra até o centro
da roda do carrinho é 90 cm.
A equação de equilíbrio de uma alavanca é:
P x BP = R x BR
Qual tipo de alavanca?
Variações de Exercícios
Alterei o BR?
Amplitude de Movimento: Torque? Tensão?
Amplitude de Movimento
CONCLUSÃO
Apesar de não ser medido no presente estudo, é provável que
o uso de maiores cargas relativas para um agachamento
restrito poderia produzir forças excessivas na altura dos
quadris e região lombar.
O agachamento deve incorporar técnicas que otimizam forças
em todas as articulações envolvidas.
Como tal, sugerimos que é conveniente permitir a frente o
deslocamento dos joelhos passando dos dedos dos pés
durante este exercício, para permitir o posicionamento
adequado do tronco.
Se não compreendermos o uso das
ALAVANCAS, algo pode dar errado:
MAS EXCETO
PELO ÓBVIO,
O QUE DEU
ERRADO?
BF<BR
DESVANTAGE
M MECÂNICA