Biomecânica - Aula 9 cinematica angular fisio

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Felipe P Carpes
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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
p
2
1
4
180 graus
radianos
revolução
p
1
2
270 graus
radianos
revolução
3p
2
3
4
360 graus
radianos
1 revolução
2p

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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 segundo
25 Hz = 25 informações por segundo
100 Hz = 100 informações por segundo

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Tipos de ângulos
Ângulo relativo
- define o ângulo entre o eixo longitudinal de dois segmentos
ex. 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
x
1
,y
1
x
2
,y
2
x
3
,y
3
x
5
,y
5
x
6
,y
6
x
4
,y
4
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)
o
o
8,72
8,7223,3arctan
23,3tan
13,0
42,0
tan
09,122,1
09,051,0
tan
tan
tan
=Q
=
=Q
=Q
-
-
=Q
-
-
=Q
-
-
=Q
perna
perna
perna
perna
tornozelojoelho
tornozelojoelho
perna
distalproximal
distalproximal
perna
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
( ) ( )
22
tqtq
yyxxa -+-=a
b
c ( ) ( )
22
09,080,009,114,1 -+-=a
5041,00025,0 +=a
71,0=a
qcos2
222
×××-+= 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 = θ
final
– θ
inicial
Rotação anti-horária positiva
Rotação horária negativa
+-

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Ângulo de flexão e extensão do joelho
Â
n
g
u
l
o

Caminhada
Corrida
Sprint

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Movimento angular
Velocidade angular
ω = Δθ : Δt
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.

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Movimento angular
Aceleração angular
α = Δ ω : Δt
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.

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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
r
1
r
2
s
2
s
1
f
r
S
rad
=Q
radrS Q×=

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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 (a
c
)
Aceleração resultante ?
t
() ()
22
ctaaa +=
a
t
a
c

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26. Biomecânica - http://sites.google.com/site/biomecunipampa
Aplicações da cinemática
angular no movimento
humano

27. Biomecânica - http://sites.google.com/site/biomecunipampa
Coluna lombar
Musculatura
paravertebral
e complexo
lombar

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29. Biomecânica - http://sites.google.com/site/biomecunipampa
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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33. Biomecânica - http://sites.google.com/site/biomecunipampa

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37. Biomecânica - http://sites.google.com/site/biomecunipampa
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 câmeras
180 Hz
Medidas de
ângulos no plano
sagital, frontal e
transverso

39. Biomecânica - http://sites.google.com/site/biomecunipampa
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

41. muita
pronação
pequena
pronação
pequena
pronação com mais
contato lateral
Pronação relacionada com a
altura do arco plantar

42. Biomecânica - http://sites.google.com/site/biomecunipampa
Posição normal do tornozelo

43. Biomecânica - http://sites.google.com/site/biomecunipampa
Posição do tornozelo em pronação

44. Biomecânica - http://sites.google.com/site/biomecunipampa
Posição do tornozelo em supinação

45. Biomecânica - http://sites.google.com/site/biomecunipampa
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,
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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