Este documento discute conceitos de cinemática angular aplicados ao movimento humano. Aborda medidas de ângulos, instrumentação, tipos de ângulos, relação entre movimento linear e angular, e aplicações em esportes como futebol e tênis.

1. Felipe P Carpes [email_address] www.ufsm.br/gepec/biomec Cinemática angular

2. Objetivos da aula Determinar ângulos absolutos e relativos Discutir as convenções para cálculo de ângulos articulares Discutir a relação entre movimento linear e angular Discutir estudos selecionados que tem usados na abordagem da cinemática angular do movimento humano Resolver problemas quantitativos que empregam cinemática angular

3. Medida dos ângulos Rev Bras Med Esporte v.14 n.2. 2008 Um ângulo é composto por duas linhas que intersecionam um ponto chamado vértice Plano cartesiano No corpo humano, ângulos podem ser determinados entre os segmentos Vértice estando no centro da articulação

4. ou em uma posição relativa, virtual

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

6. 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

7. Unidades de medida angular 180 graus radianos revolução  1 2 270 graus radianos revolução 3  2 3 4 360 graus radianos 1 revolução 2  90 graus radianos revolução  2 1 4

8. Instrumentação para cinemática angular

10. Tipos de ângulos Ângulo relativo define o ângulo entre o eixo longitudinal de dois segmentos ex. ângulo do cotovelo não descrevem 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 Em ambos é necessário estabelecer um sistema de referência

11. y x x,y x,y x,y x,y x,y x,y x Ângulos relativos e absolutos

12. Hall (2006)

13. O plano de movimento pode ser posicionado livremente no espaço...

14. ... desde que orientado corretamente, permitindo a medida desejada e satisfazendo convenções internacionais, que facilitam a comparação com outros estudos.

16. 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) Calcular o θ coxa

17. 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. + -

18. Movimento angular Deslocamento angular Δθ = θ final – θ inicial Rotação anti-horária positiva Rotação horária negativa + -

19. Movimento angular Velocidade angular ω = Δθ : Δ t Unidade graus/s rad/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.

20. Movimento angular Aceleração angular α = Δ ω : Δ t Unidade graus/s 2 rad/s 2 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.

21. Para uma análise cinemática, velocidade e aceleração angular são calculadas pelo método da primeira diferencial central, como segue: Velocidade angular Aceleração angular θ i θ f

22. 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 r 1 r 2 s 2 s 1 

23. Relação entre velocidade e aceleração linear e angular Velocidade de um ponto em rotação Aceleração de um ponto em rotação Tangencial (a) e Centrípeta (a c ) Aceleração resultante ? t a t a c

24. Relação entre velocidade e aceleração linear e angular Velocidade de um ponto em rotação Aceleração de um ponto em rotação Tangencial (a) e Centrípeta (a c ) Aceleração resultante ? t a t a c

26. Aplicações da cinemática angular no movimento humano

29. Maximal Backswing Toe-off Heel-on Impact Approach Backward Swing Forward Swing Events and Phases Variáveis calculadas: Twist Flex/ext. - Elbow Flex/ext -Trunk Lean -Shoulder Ab/add. Lat.Lean Horiz.Ab/add. - Body CG Horiz.Displ. Int/ext.rot. Vert.Displ. - Todas as velocidades angulares correspondentes e as velocidades do CG, além da: - Velocidade da bola, velocidade da mão, e altura da mão no impacto com a bola.

30. Impact Max. Backswing Toe-off Heel-on GIBA Provavelmente devido a rápida movimentação do tronco, ciclo alongamento-encurtamento na extensão do ombro pôde ser usado. Diferencial: Habilidade Corta com o tronco aproximadamente ereto. Direciona a bola na diagonal usando rotação e flexão de tronco, rápida extensão de ombro e grande e rápida rotação medial do ombro simultânea com a extensão do cotovelo.

31. Análise 3D do movimento de cortada em jogadores japoneses Elite Universitários Identificar diferenças no salto para uso nos treinamentos

33. Universitários continuam a extensão do cotovelo após o início da abdução do ombro, enquanto a elite usa o ciclo alongamento-encurtamento para aumentar a velocidade de movimento do cotovelo

34. O objetivo deste estudo foi descrever qualitativamente o chute no futebol por meio de análise tridimensional e por meio da ativação muscular de atletas de elite e novatos. Coleta de dados: 9 câmeras para coleta 3D; 46 marcadores reflexivos; EMG sem fio do quadriceps e ísquio-tibiais; 10 atletas de elite e 10 atletas novatos.

35. Os novatos chutaram a bola com ativação média de 60% da CVM, enquanto os atletas de elite atingiram 160% da CVM.  Os novatos usam o joelho como principal produtor de potência, comparado aos atletas de elite.

36. O objetivo deste estudo foi mensurar a velocidade da bola durante chute com a perna dominante e não-dominante. Foi avaliada a produção de força dos extensores do joelho e flexores do quadril de ambas as pernas. Coleta de dados: Câmera plano sagital; Marcadores reflexivos; Dinâmica Inversa  torques no quadril e joelho; Dinamometria  CVM de flexores quadril e extensores joelho.

52. Parede abdominal Inclinação anterior Inclinação posterior Flexores do quadril Extensores do quadril Músculos da lombar Muscoline & Cipriani, J BodWk Mov Ther , 2004

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

59. Próxima aula será prática Leitura do capítulo de cinemática angular (Hamill e Knutzen) Capítulo está no xerox

60. Ângulo de pronação normal Ângulo de pronação excessivo

61. Não terá período teórico, será prática toda a manhã (turma dividida) MATERIAIS Câmera filmadora digital Caneta para retroprojetor Goniômetros Ficha de avaliação “ Cobaias” com short ou bermuda curta Esteira motorizada Fichas de avaliação Papel e caneta Entrega de relatório da aula prática (pode ser em grupos)

62. Roteiro da aula Avaliação da velocidade média preferida na esteira Cálculo da velocidade 20% maior que a preferida Avaliação da cinemática angular sagital ângulo do joelho no contato com o solo máxima flexão do joelho comparar as velocidades frontal ângulo de pronação do tornozelo comparar as velocidades Entrega de relatório da aula prática (grupos)

63. 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 CRISTOPOLISKI F et al. Efeito transiente de exercícios de flexibilidade na articulação do quadril sobre a marcha de idosas. Revista Brasileira de Medicina do Esporte v.14, n.2, p.139-144, 2008 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