Biomecânica - Aula 8 cinematica angular ef

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Felipe P Carpes

[email protected]

CINEMÁTICA ANGULAR

mailto:[email protected]


Objetivos da aula

Compreender a determinação de ângulos absolutos e relativos

Discutir as convenções para cálculo de ângulos articulares na avaliação do movimento humano

Discutir a relação entre movimento linear e angular em movimentos que envolvam rotações

Discutir estudos selecionados que tem usados na abordagem da cinemática angular do movimento humano

Resolver problemas quantitativos que empregam cinemática angular


Unidades de medida

Grau (º) – uma rotação completa corresponde a 360º

Revolução – uma revolução corresponde a um giro de 360º (útil na avaliação qualitativa)

Radiano (rad) – um radiano é definido como a medida de um ângulo no centro de um círculo descrito por um arco igual ao comprimento do raio do círculo

1 rad = 57,3º 360º = 2 π rad


Unidades de medida angular

90 graus

radianos

revolução

π2

14

180 graus

radianos

revolução

π12

270 graus

radianos

revolução

3π 2

34

360 graus

radianos

1 revolução

2π


Medida dos ângulos

Rev Bras Med Esporte v.14 n.2. 2008

Um ângulo é composto por duas linhas que interseccionam um ponto chamado vértice

Plano cartesiano

No corpo humano, ângulos podem ser determinados entre os segmentos

Vértice estando no centro da articulação


ou em uma posição relativa, virtual


Como já dito em aula anterior...

No corpo humano, o centro de rotação da articulação pode mudar de posição durante o movimento

Implicações sobre o cálculo de torques articulares

T = F . d


Instrumentação para cinemática angular



Tipos de ângulos

Ângulo relativo- define o ângulo entre o eixo longitudinal de dois segmentosex. ângulo do cotovelo- não descreve a posição de um segmento no espaço- mais utilizados em avaliações clínicas

Ângulo absoluto- define o ângulo de inclinação de um segmento do corpo- descreve a orientação no espaço- mais utilizados em avaliações biomecânicas


y

x

x1,y1

x2,y2

x3,y3

x5,y5

x6,y6

x4,y4

x

Ângulos relativos e absolutos


Como já dito em outra ocasião...O plano de movimento pode ser posicionado livremente no espaço...


... desde que orientado

corretamente, permitindo a

medida desejada e

satisfazendo convenções

internacionais, que facilitam a

comparação com outros

estudos.


y

x

Quadril (1,14; 0,80)

Determinação de um ângulo absoluto

Θ coxa

Θ perna

Joelho (1,22; 0,51)

Tornozelo (1,09; 0,09)

ο

ο

8,72

8,7223,3arctan

23,3tan

13,0

42,0tan

09,122,1

09,051,0tan

tan

tan

=Θ

=

=Θ

=Θ

−−=Θ

−−

=Θ

−−

=Θ

perna

perna

perna

perna

tornozelojoelho

tornozelojoelhoperna

distalproximal

distalproximalperna

xx

yy

xx

yy


Determinação de um ângulo relativo

y

x

Quadril (1,14; 0,80)

Joelho (1,22; 0,51)

Tornozelo (1,09; 0,09)

determina-se usando a lei dos co-senos

( ) ( )22tqtq yyxxa −+−=

a

b

c

( ) ( ) 22 09,080,009,114,1 −+−=a

5041,00025,0 +=a71,0=a

θcos2222 ⋅⋅⋅−+= cbcba

b = ?

c = ?


Representação de vetores de movimento angular

Polaridade do movimento angular: regra da mão direita

No plano sagital, todos os segmentos que se movem em sentido anti-horário a partir da horizontal direita tem polaridade positiva; e todos s segmentos rodando em sentido horário tem polaridade negativa.

+-


Movimento angular

Deslocamento angular

Δθ = θfinal – θinicial

Rotação anti-horária positivaRotação horária negativa

+-


Movimento angular

Velocidade angular

ω = Δθ : Δt

Unidade graus/srad/s

A direção da inclinação em um perfil ângulo-tempo determina se a velocidade angular é positiva ou negativa, e o declive da inclinação indica a frequência de mudança na posição angular.


Movimento angular

Aceleração angular

α = Δ ω : Δt

Unidade graus/s2

rad/s2

O sinal ou polaridade da aceleração angular não indica a direção de rotação.

Uma aceleração angular positiva pode significar um aumento na velocidade angular na direção positiva ou uma diminuição na velocidade angular na direção negativa.



Ângulo de flexão e extensão do joelho

Ân

gu

lo

CaminhadaCorrida

Sprint


Relação entre movimento linear e angular

Quanto maior o raio entre um

ponto do corpo em rotação e o

eixo de rotação, maior é a

distância percorrida pelo ponto

durante o movimento angular.

1 1

2 2

r1

r2

s2

s1

φr

Srad =Θ

radrS Θ⋅=


Relação entre velocidade e aceleração linear e angular

Velocidade de um ponto em rotação

Aceleração de um ponto em rotação

Tangencial (a) e Centrípeta (ac)

Aceleração resultante ?

t

at

ac


Relação entre velocidade e aceleração linear e angular

Velocidade de um ponto em rotação

Aceleração de um ponto em rotação

Tangencial (a) e Centrípeta (ac)

Aceleração resultante ?

t

( ) ( ) 22ct aaa +=

at

ac



Além da aceleração angular e velocidade linear, o ângulo de

lançamento também vai determinar o sucesso no desempenho do martelo.


Aplicações da cinemática angular no movimento humano


Coluna lombar

Musculaturaparavertebral e complexo

lombar



Parede abdominal

Inclinação anterior

Inclinação posterior

Flexores do quadrilExtensores do quadril

Músculos da lombar

Muscoline & Cipriani, J BodWk Mov Ther, 2004


McGill, Exerc Sports Sci Rev, 2001Reeves et al, Clin Biomec, 2007



S1 – 8% mcS2 – 12% mcS3 – 16% mc

-4-202468

1012

0 20 40 60 80 100

Angle (º)

% of cycle

S1

S2

S3

Without

Ângulo de inclinação do tronco


S1 – 8% mcS2 – 12% mcS3 – 16% mc

Ângulo do joelho

010203040506070

0 20 40 60 80 100

Angle (º)

% of cycle

S1

S2

S3

Without





A fadiga afetou somente ângulos do tornozelo

Mudanças na ADMAlteração na excursão muscular

Possíveis efeitos na forçaTécnicaDesempenho



O uso do sistema

não-circular sugere

melhoras no gesto

técnico que serão

verificadas em

relação produção de

força e eficiência

neuromuscular.



Mudanças na rotação da tíbia. Menor amplitude de movimento relacionada à menor carga sobre o joelho (?)

Mudanças no padrão de dorsiflexão do tornozelo. Efeitos sobre a técnica de pedalada (?)


muitapronação

pequena pronação

pequena pronação com mais

contato lateral


Posição normal do tornozelo


Posição do tornozelo em pronação


Posição do tornozelo em supinação


Ângulo de pronação normal

Ângulo de pronação excessivo


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

VIEL E. A marcha humana, corrida e o salto. São Paulo: Manole, 2001

LERENA MAM et al. Análise da oscilação lumbo-pélvica durante a marcha em esteira ergométrica. Motriz, v.12 n.1, p.23-32, 2006

BINI RR et al. Fatigue effects of the coordinative pattern during cycling... Journal of Electromyography and Kinesiology, in press 2009

TSAI NT et al. Effects of muscle fatigue on 3-dimensional scapular kinematics. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, v.84, p.1000-1005, 2003

CARPES FP et al. Effects of a program for trunk strength and stability on pain, low back and pelvis kinematics, and body balance: a pilot study. Journal of Bodywork and Movement Therapies v.12, n.1, p.22-30, 2008

WIEST MJ et al. Efeito de um exercício extenuante sobre o padrão angular de pedalada: estudo preliminar. Revista Brasileira de Cineantropometria e Desempenho Humano, v.11, n.4, p.386-391, 2009

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