biomecanica da natação

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  • BIOMECNICA DO MOVIMENTO HUMANO APLICADA AOS ESPORTES*

    Prof. Dr. Ricardo Machado Leite de Barros

    Biomecnica em Fluidos Conceitos Bsicos:

    Introduo mecnica dos fluidos. Movimento relativo. Densidade. Peso especfico. Viscosidade. Presso. Princpio de Pascal. Princpio de Arquimedes. Flutuabilidade. Resistncia dinmica.

    Biomecnica Aplicada:

    Biomecnica da natao. Trajetrias de implementos esportivos.

    Introduo - Mecnica dos Fluidos

    - Contrasta-se com o slido; - Pode escoar ou fluir; - composto por lquido e gases; - No possui arranjo ordenado.

    * Artigo Disponvel on line via: http://www.unicamp.br/fef/Laboratorios/Lib/download/mh603-2005aula13.pdf

  • MOVIMENTO RELATIVO Influncia - velocidade do fluido e a da velocidade do objeto; Velocidade Relativa = velocidade de um corpo em relao a qualquer outra coisa, neste caso, o fluido que circunda o objeto em deslocamento. Densidade () O conceito de Densidade a combinao de massa de um corpo com seu volume, assim temos:

    Peso Especfico O conceito de peso especfico definido como peso por volume, assim temos:

    Viscosidade A viscosidade de fluido a resistncia que o fluido apresenta ao fluir. Quanto maior a extenso que o fluido resiste ao fluir sob a atuao de uma fora aplicada, maior ser sua viscosidade. Presso Presso uma fora aplicada perpendicularmente a superfcie do fluido, assim temos:

    Unidade de medida (SI) 1atm = 1,01 * 105Pa = 760 torr (mm/Hg) = 14,7 lb/in2(psi)

  • EQUILBRIO DE FORAS - PRESSES HIDROSTTICAS A presso em um ponto de um fluido em equilbrio esttico depende da profundidade desse ponto, mas independe de qualquer dimenso horizontal do fluido ou do seu recipiente.

    F2= F1+ mg p2= p1+ g(y1 -y2) Variao de profundidade ou altura

    p = p0 + gh Profundidade h Ponto de verificao 1: A figura desenhada no quadro mostra quatro recipientes de azeite de oliva. Ordene-os de acordo com a presso a uma profundidade h, da maior para menor! Princpio de Pascal O principio de pascal estabelece que a presso externa aplicada num fluido em equilbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do fluido. Este principio explica o funcionamento da prensa hidrulica.

    p = pext+ gh Princpio de Arquimedes Quando um corpo esta totalmente ou parcialmente submerso em um fluido, o fluido ao redor exerce uma fora de empuxo (Fe) sobre o corpo. A fora esta dirigida para cima e possui uma intensidade igual ao peso (mf*g)do fluido que foi deslocado pelo corpo. Fe= mg F = fora de empuxo mg= peso do fluido deslocado pela moeda Flutuabilidade Flutuar densidade do corpo = a densidade do fluido; Aumento do volume de ar nos pulmes Diminuio a densidade facilita a flutuao; Aumento da temperatura do fluido Diminuio a sua densidade fluido dificultando a flutuao; Maior percentual de gordura no corpo a sua densidade facilita a flutuao.

  • Fb= V

    Foras Verticais e Equilbrio PesoEmpuxo

    Resistncias Dinmicas uma fora causada pela ao dinmica de um fluido que age na direo das correntes livres do fluxo do fluido. Lentificao movimento. Assim temos:

    Fres= Cr Ap v2, No qual Cr o coeficiente de resistncia dinmica e v a velocidade. Arraste de Superfcie Fora de Atrito entre o corpo e as molculas de gua que entram em contato com a pele.

  • Arraste de Forma

    Escoamento Laminar: Arraste menor Arraste de Onda Provocado pelas reflexes das ondas no fluido, produzida pelos movimentos dos corpos no fluido.

    Escoamento Turbulento: Arraste Maior

    FORA DE SUSTENTAO E EFEITO MAGNUS Fora de sustentao - perpendicular ao fluxo do fluido, diferena nas velocidades de escoamento do ar em regies diferentes, perpendicular velocidade (ex. Chute futebol) Fsust= CsAv2, Efeito Magnus o desvio na trajetria de um objeto girando na direo do giro em conseqncia da fora Magnus. Fora Magnus fora de sustentao criada pelo giro.

  • Princpio de Bernoulli A presso em um fluido inversamente proporcional velocidade de deslocamento.

    BIOMECNICA DA NATAO Mecnica do Nado

    - Resistncia; - Propulso; - Aspectos Fundamentais da Propulso.

    Resistncia

    - Fluxo Laminar e Turbulento; - Efeitos de Forma e Orientao do Nadador; - Caractersticas dos Nadadores que Afetam o Arrasto; - Efeito da Velocidade - Tipos de Arrasto -forma, onda efriccional.

    Fluxos - Laminar e Turbulento

    Turbulncia causada pelo corpo do nadador movimentando-se em correntes laminares.

  • Efeitos de Forma e Orientao do Nadador

    Objetos afilados deparam-se com menor resistncia que os com cantos quadrados e formas convolutas. Forma ideal de um projtil (peixe). Mais rpidos Mais aerodinmicos. Caractersticas dos Nadadores que afetam o Arrasto

    - rea da seco transversal ao fluido. - Velocidade do movimento - Forma assumida, favorecendo o escoamento laminar ou

    turbulento - Superfcie de contato - Rugosidade

    Efeito da Velocidade

    - Velocidade Frico e Turbulncia = Arrasto. - 2X Velocidade = 4X Arrasto. - Nadadores + Ritmo = + Chances

  • Tipos de Arrasto Arrasto Superfcie ou friccional - Frico entre a pele dos nadadores e as molculas de gua que entram em contato com a pele. Superfcies lisas -Frico -Raspagem do corpo Estudos Arrasto de Onda -Ondas que so geradas pelos nadadores. Nado de Borboleta -Braos rentes gua -Velocidade reduzida 30% dentro 1/16s -Efeito Devastador no Desempenho. Arrasto de Forma - Causado pelo porte e pela forma dos corpos dos nadadores em seu deslocamento propulsivo na gua.

    Propulso Teorias da propulso na natao:

    Roda de P Empurrar Direto para Trs para ir para Frente Movimento Sinuoso para Trs

    Teoria Roda de P

  • Teoria -Empurrar Direto para Trs para ir para Frente (J. E.Counsilman, 1968 e C.E. Silvia, 1970) Terceira lei de Newton-Ao/ Reao.

    Quando os nadadores empurram a gua para trs, a gua exerce uma fora de igual magnitude para que os empurra para frente.

    Mo utilizada como remo. Ficou conhecido como Teoria de ArrastoPropulsivo. Teoria Movimento Sinuoso para Trs (J. E.Counsilman, 1968 e C.E. Silvia, 1970)

    - Movimento submerso em forma de S; - Melhor formulao da teoria anterior; - Melhor desempenho do nado (menos esforo maior

    acelerao).

    Teorema de Bernoulli na Natao

    - Usado para explicar como era produzida a fora de Sustentao;

    - Quanto maior a velocidade menor a presso Fludo.

  • ngulo de Ataque ngulo entre a inclinao da mo e do brao(ou perna e p) -direo em que eles esto se movendo.

    - Movimento de um flio: - Bordo de ataque; - Bordo de fuga.

    A propulso -ngulo de ataque for grande ou pequeno demais. Fora de sustentao mnima

    Busca Ideal do ngulo de Ataque

    1. Mos e os ps; 2. ngulo de ataque adequado; 3. Mudana na sua direo de inclinao; 4. O bordo de ataque e de fuga -a cada mudana de direo.

    Bolhas de Ar

    - Combinao errada de direo e de ngulo de ataque; - Busca de guas mais tranquilas; - Turbulncia e uma concomitante perda de forapropulsiva.

    Velocidade Velocidade das mos; Movimentos propulsivos; Mudanas de direes das mos;

  • Aspectos Fundamentais da Propulso

    - Os nadadores utilizam o palmateio diagonal; - Braadas movimentam-se como a atividade de uma hlice. - Maglischo: varreduraExerccios de palmateio nas trs fases da

    braada.

    AS QUATRO VARREDURAS DA NATAO Varredura para Fora

    Varredura para Baixo

  • Varredura para Dentro

    Varredura para Cima

    Ponto de Agarre e Cotovelo Elevado Ponto de agarre ocorre durante a fase submersa da braada, na qual tem incio a propulso. Defasagem de tempo - tenham seus braos posicionados para deslocar a gua para trs. Cotovelo elevado - Aplicao de fora propulsiva e maior eficincia. Cotovelo baixo - gua para baixo e no para trs. Nados de borboleta e peito Aplicao de fora propulsiva-alinhar o antebrao e as mos. Papel das Pernas na Propulso da Natao

    - Deslocamento da gua; - Fluxo da gua; - Extenso da perna; - Perda do efeito propulsivo.

  • Mecanismos de Anis de Corrente (Colwin-1984 e 1985)

    - Transportar, arremessar, acelerar movimento para frente; - Extenso teoria da sustentao; - Alguns problemas associados medio.

    Papel do Corpo na Propulso Movimento ondulatrios; Justificativa animais marinhosLighthill,1969;Ungerechts,1983.

  • Exerccio 1 melhor ser pisado por uma mulher usando sapato de salto fino (salto alto) ou um de sola lisa e salto baixo (tnis)? Se a mulher pesa 556 N, a rea do salto fino de 4 cm2 e a rea do salto baixo de 175 cm2, qual a presso exercida por cada tipo de salto? Soluo -Exerccio 1 Sabemos que: Peso = 556 N rea salto fino = Af= 4 cm2rea salto baixo e liso = Abl= 175 cm2 Soluo: P = F/A para cada tipo de salto = 556 N/ 4 cm2= 139 N/cm2 = 556 N/ 175 cm2= 3,18 N/cm2 Comparando as presses = Pf/Pbl= 139/3,18 = 43,75 X mais no salto fino Exerccio 2 Enquanto prendia uma grande quantidade de ar nos pulmes, uma moa de 22 kg tinha um volume corporal de 0,025 m3. Ela poder flutuar em gua doce se o for igual a 9810 N/m3 . Sabendo-se o volume corporal, quanto ela poderia pesar e continuar flutuando?

  • Soluo -Exerccio 2 Sabemos que:

    m = 22 kg V = 0,025 m3= 9810 N/m3

    Soluo: Para que a moa esteja realmente flutuando necessrio que a soma das foras verticais seja igual a 0. Fb= V = 245,25 N se esta ento ela flutuar(parcialmente) P = mg = 215,82 N Pmax = V = 245,25 N -Ateno Prof. Dr. Ricardo Machado Leite de Barros LIB FEF - Unicamp BIBLIOGRAFIA MAGLISCHO, E. W. Nadando ainda mais rpido. So Paulo: Ed.Manole, 1999. HALL, S. Biomecnica Bsica. So Paulo: E

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