biomecânica - aula 9 cinematica angular fisio
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Felipe P Carpes
Cinemática angular
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Objetivos da aula
Compreender como são determinados ângulos absolutos e relativos no corpo humano
Discutir as convenções para cálculo de ângulos articulares mais comuns para estudo do movimento humano
Discutir a relação entre movimento linear e angular
Discutir estudos selecionados que abordam a cinemática angular do movimento humano
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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
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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
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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
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ou em uma posição relativa, virtual
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Como já dito em aula anterior...
No corpo humano, o centro de rotação da articulação pode mudar de posição durante o movimento
É importante saber quando o eixo de rotação pode ou não ser considerado como uma referência fixa. Na cinemática angular, as articulações compõem os
vértices para o cálculo dos ângulos.
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Instrumentação para cinemática angular
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Em uma avaliação cinemática bidimensional, uma câmera é utilizada.
Em avaliações tridimensionais, são requeridas no mínimo 2 câmeras, sincronizadas.
Quanto maior o número de câmeras em uso, mais fácil é para monitorar os pontos de referência nas ações motoras.
A taxa de amostragem define o número de informações monitoradas por segundo25 Hz = 25 informações por segundo100 Hz = 100 informações por segundo
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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 pois tem uma referência fixa- mais utilizados em avaliações biomecânicas
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y
x
x1,y1
x2,y2
x3,y3
x5,y5
x6,y6
x4,y4
x
Ângulos relativos e absolutos
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Como já dito em outra ocasião...O plano de movimento pode ser posicionado livremente no espaço...
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... desde que orientado
corretamente, permitindo a
medida desejada e
satisfazendo convenções
internacionais, que facilitam a
comparação com outros
estudos.
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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
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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 −+−=a5041,00025,0 +=a
71,0=a
θcos2222 ⋅⋅⋅−+= cbcba
b = ?
c = ?
O comprimento de cada segmento precisa ser
determinado e então aplica-se a lei dos co-senos
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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 os segmentos rodando em sentido horário tem polaridade negativa.
+-
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Movimento angular
Deslocamento angular
Δθ = θfinal – θinicial
Rotação anti-horária positiva
Rotação horária negativa
+-
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Ângulo de flexão e extensão do joelho
Ân
gu
lo
CaminhadaCorrida
Sprint
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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.
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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.
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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 =ΘradrS Θ⋅=
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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
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Aplicações da cinemática angular no movimento humano
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Coluna lombar
Musculaturaparavertebral e complexo
lombar
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Parede abdominal
Inclinação anterior
Inclinação posterior
Flexores do quadrilExtensores do quadril
Músculos da lombar
Muscoline & Cipriani, J BodWk Mov Ther, 2004
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McGill, Exerc Sports Sci Rev, 2001Reeves et al, Clin Biomec, 2007
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O uso do sistema
não-circular sugere
melhoras no gesto
técnico que serão
verificadas em
relação produção de
força e eficiência
neuromuscular.
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Avaliação cinemática tridimensional
2 câmeras180 Hz
Medidas de ângulos no plano
sagital, frontal e transverso
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Movimento de rotação da tíbia – plano transverso
Movimento de tornozelo (dorsal e plantar) durante o
ciclo de pedalada – plano sagital
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Medidas estáticas tomadas com goniômetros
muitapronação
pequena pronação
pequena pronação com mais
contato lateral
Pronação relacionada com a altura do arco plantar
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Posição normal do tornozelo
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Posição do tornozelo em pronação
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Posição do tornozelo em supinação
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Ângulo de pronação normal
Ângulo de pronação excessivo
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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