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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

BIOMECÂNICA:

Aplicação no desporto

Projeto FEUP 2013/2014

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

Equipa 1M_04

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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

BIOMECÂNICA:

Aplicação no desporto

Projeto FEUP 2013/2014 -- Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica:

Armando J. Sousa Teresa Duarte

Equipa 1M2_04:

Supervisor: A. Monteiro Baptista Monitor: Luís Faria

Estudantes & Autores:

Daniel Santos up201304641@fe.up.pt Estela Bento up201305643@fe.up.pt

Luís Oliveira up201304643@fe.up.pt Mariana Silva up201305156@fe.up.pt

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Resumo Neste relatório, é abordado o tema da biomecânica, ramo da engenharia mecânica considerado

relativamente recente. Este será visto de quatro perspectivas diferentes.

Em primeiro lugar, a biomecânica será abordada tendo em conta a sua importância na compreensão

do movimento desportivo. Nesta vertente, são tratados dois desportos, o surf e a corrida de

velocidade. Estes servirão como exemplos para uma mais eficaz explicação dos conceitos físicos

atuantes na prática desportiva.

Em segundo lugar, é abordado o melhoramento do desempenho do atleta como um dos principais

objetivos da biomecânica. Esse tópico subdivide-se em dois mais particulares: o aperfeiçoamento da

técnica do desportista e o aperfeiçoamento do treino executado por esse.

Em terceiro lugar, trata-se, neste relatório, da adequação de materiais e instrumentos de realização

desportiva, para cuja compreensão é necessário o conhecimento da evolução de diferentes

materiais constituintes desses instrumentos. Mostram-se, para esse efeito, objectos utilizados na

prática de golfe, ciclismo, lançamento do dardo, ténis, salto com vara, hóquei em patins e natação.

Por último, é abordada a prevenção de lesões desportivas, bem como a terapia utilizada quando

essas não conseguem ser evitadas. Esta vertente, que constitui uma aliança entre saúde e desporto,

é considerado um dos principais objectivos do ramo da engenharia mecânica que é o tema central

deste relatório: a biomecânica.

Palavras-Chave Engenharia; mecânica; biomecânica; desporto; física; surf; atletismo; treino; golfe; ciclismo; dardo;

ténis; salto; vara; hóquei; patins; natação; aerodinâmica; hidrodinâmica; arrasto; propulsão;

sustentação; terapia; lesões.

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Agradecimentos

Ao Professor Mário Vaz, expressamos o nosso agradecimento pelo interesse e disponibilidade que

demonstrou em ajudar-nos no desenvolvimento do trabalho e pelas sugestões que nos apresentou,

mais propriamente sobre a influência dos materiais adjacentes à prática de hóquei em patins para a

maximização da prestação dos atletas.

Ao Luís Faria, o nosso monitor, expressamos também o nosso agradecimento pelas suas sugestões e

pela orientação que nos deu durante as aulas reservadas à realização deste projecto, bem como

toda a disponibilidade que apresentou para resolver assuntos fora do tempo destinado.

Por último, queremos expressar o nosso agradecimento ao professor supervisor, o Prof. António

Monteiro Baptista, que se mostrou sempre disponível a ajudar-nos quando se nos era apresentada

alguma dificuldade na elaboração deste projecto, assim como nos deu variadas sugestões por forma

a melhorarmos a qualidade deste relatório.

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Índice Resumo .................................................................................................................................................. iii

Palavras-Chave ....................................................................................................................................... iii

Agradecimentos ..................................................................................................................................... iv

Lista de ilustrações ................................................................................................................................ vii

1. Introdução ....................................................................................................................................... 8

2. A biomecânica na compreensão do movimento desportivo .............................................................. 9

2.1 Biomecânica aplicada ao surf.................................................................................................. 9

2.1.1 Equilíbrio ......................................................................................................................... 9

2.1.2 Forças aplicadas nos movimentos dos surfistas ........................................................... 10

2.1.3 Processo de "apanhar" uma onda ................................................................................ 11

2.1.4 Pranchas ........................................................................................................................ 12

2.1.5 Funcionamento das pranchas de surf ........................................................................... 13

2.2. A biomecânica aplicada à corrida de velocidade .................................................................. 13

2.2.1. A mecânica da corrida ................................................................................................... 13

2.2.2. O caso de Bolt ............................................................................................................... 17

2.2.3. A evolução dos recordes ............................................................................................... 17

3. Melhoramento do desempenho do atleta ................................................................................... 18

3.1. Aperfeiçoamento da técnica ................................................................................................. 18

3.1.1. Arrasto........................................................................................................................... 19

3.1.2. Propulsão ...................................................................................................................... 20

3.2. Aperfeiçoamento do treino e acompanhamento do atleta .................................................. 20

4. Adequação dos materiais e instrumentos de realização desportiva ............................................ 22

4.1. Golfe ...................................................................................................................................... 23

4.2. Ciclismo ................................................................................................................................. 25

4.3. Lançamento do dardo ........................................................................................................... 26

vi

4.4. Ténis ...................................................................................................................................... 28

4.5. Salto com vara ....................................................................................................................... 29

4.6. Hóquei em patins .................................................................................................................. 31

4.7. Natação ................................................................................................................................. 33

5. Prevenção e terapia de lesões desportivas................................................................................... 34

5.1. Exemplo de Oscar Pistorius ................................................................................................... 36

5.1.2. Será que o facto de utilizar as próteses traz a este atleta algum tipo de vantagem face

aos outros?........................................................................................................................................ 36

4. Conclusões ........................................................................................................................................ 38

Referências bibliográficas ..................................................................................................................... 39

vii

Lista de ilustrações Ilustração 1: Figura 1 - Um cubo em equilíbrio, onde o centro de massa está acima da base de

suporte. Figura 2 - Um cubo em desequilíbrio onde o seu centro de massa não está em cima da base

de suporte, o que causa a sua queda. .................................................................................................... 9

Ilustração 2: Atuação das várias forças envolvidas na descrição de um movimento em curva por

parte do surfista. ................................................................................................................................... 10

Ilustração 3: Forças envolvidas na propulsão do surfista. (Mg - força gravítica) ................................. 12

Ilustração 4: Longboard, à esquerda, e shortboard, do lado direito da figura. .................................... 12

Ilustração 5: Ângulo da posição de partida correta numa corrida de velocidade. ............................... 14

Ilustração 6: Elevação corporal com o aumento da velocidade. .......................................................... 14

Ilustração 7: Várias fases da passada de um corredor.......................................................................... 15

Ilustração 8: Relação entre a anatomia dos pés e o tipo de pisada. .................................................... 16

Ilustração 9: Relação das alturas de Usain Bolt, Walter Dix e Richard Thompson. .............................. 17

Ilustração 10: Evolução dos tempos dos primeiros classificados na prova de 100 m nos Jogos

Olímpicos. Os tempos vão sendo cada vez menores à medida que as edições se vão sucedendo

(desde 1896 até 2012). ......................................................................................................................... 18

Ilustração 11: Atleta a executar movimentos de braços e pernas, sincronizados, com vista à sua

moviemtnação no meio aquático (natação). ........................................................................................ 19

Ilustração 12: Atleta feminina da vertente de patinagem artística a executar uma pirueta, com auxílio

de um alteta masculino da mesma vertente. ....................................................................................... 22

Ilustração 13: Bolas "Featherie". .......................................................................................................... 23

Ilustração 14: Bolas de golfe atuais. ..................................................................................................... 24

Ilustração 15: As camadas de ar que são comprimidas à frente da bola separam-se das camadas de ar

que ficam atrás dela. ............................................................................................................................. 24

Ilustração 16: Os sulcos que existem nas bolas de golfe criam uma turbulência que mantém a

corrente principal mais próxima de toda a superfície da bola, diminuindo a separação entre as

camadas de ar de trás e da frente da bola. .......................................................................................... 24

Ilustração 17: Capacete "hairnet". Ilustração 18: Capacete Bell Biker. ....... 25

Ilustração 19: Capacete surgido em 1990, no qual o revestimento foi reincorporado durante o

processo de moldagem. ........................................................................................................................ 26

Ilustração 20: Capacetes de ciclismo atuais. ......................................................................................... 26

Ilustração 21: Frank "Bud" Held, atleta na vertende de lançamento do dardo. .................................. 27

Ilustração 22: Distâncias correspondentes à medalha de ouro dos Jogos Olímpicos desde 1896 até

2012 (a amarelo) e os respectivos recordes mundiais dos anos em questão (a vermelho). ............... 27

viii

Ilustração 23: Dardos feminino (branco) e masculino (azul) atuais. .................................................... 28

Ilustração 24: Raquetes de ténis criadas em 1860. .............................................................................. 28

Ilustração 25: Raquete criada por Siegfried Kuebler. ........................................................................... 29

Ilustração 26: Recordes dos últimos cem anos da modalidade de salto com vara. ............................. 29

Ilustração 27: Alto grau de flexão por parte da vara durante o salto. .................................................. 30

Ilustração 28: Estrutura e constituição de uma vara utilizada na modalidade de salto com vara. ...... 30

Ilustração 29: Botas com patins de quatro rodas, utilizadas na modalidade de hóquei em patins. .... 31

Ilustração 30: Chassis (base dos patins). ............................................................................................... 32

Ilustração 31: "Stick" utilizado no hóquei em patins. ........................................................................... 32

Ilustração 32: Duas partes distintas do "stick". .................................................................................... 33

Ilustração 33: Fato de banho “Speedo LZR Racer” . ............................................................................. 34

Ilustração 34: Dispositivo ortopédico para o joelho. ............................................................................ 35

Ilustração 35: Prótese de uma perna direcionada para o desporto. .................................................... 35

Ilustração 36: Relação das forças aplicadas verticalmente e horizontalmente entre um atleta não

amputado e Oscar Pistorius. ................................................................................................................. 36

8

1. Introdução Engenharia mecânica é um ramo da Engenharia que utiliza todo um conjunto de conhecimentos

físicos e matemáticos para desenvolver, projetar, elaborar e fazer manutenção de uma ampla

variedade de mecanismos e máquinas. É, provavelmente, o ramo da Engenharia mais abrangente,

pois um engenheiro mecânico desenvolve capacidades que lhe permite trabalhar com quase todos

os equipamentos que são feitos atualmente. O ramo específico da Mecânica surge por altura da

Revolução Industrial europeia (século XVIII), mas os seus fundamentos podem ser encontrados ao

longo de toda a história da Humanidade1.

A diversidade da Mecânica reflecte-se também na quantidade de áreas nas quais um engenheiro

mecânico pode estar envolvido, como por exemplo: engenharia petrolífera, engenharia aeroespacial,

electromecânica, entre outras.

“Simplificando, a Engenharia Mecânica trata de tudo o que se mova, incluído o corpo humano, que é

por si só, uma máquina extremamente complexa.”(1).

Quanto à Biomecânica, um ramo particular da Mecânica, existem várias definições, não sendo,

portanto, um conceito muito fácil de definir. Partindo da análise morfológica da palavra, pode

decompor-se o termo em duas partes: no prefixo “bio”, relativo aos seres vivos e, mecânica. Logo,

segundo este ponto de vista, Biomecânica consiste na aplicação dos princípios da Mecânica aos

seres vivos.

No entanto, segundo uma definição mais científica proposta por Hay, a Biomecânica é a ciência que

estuda as forças internas e externas que actuam no corpo humano e, consequentemente, os efeitos

produzidos por essas forças1. Portanto o objectivo desta ciência é a análise física do movimento dos

sistemas biológicos, tendo em consideração as particularidades fisiológicas e anatómicas do ser vivo

em questão.

A Biomecânica está associada a duas grandes vertentes: a saúde e o desporto. Relativamente ao

desporto, a sua intervenção é determinante, nos dias de hoje, em diferentes domínios:

no próprio movimento desportivo e nos factores que influênciam a sua optimização, sendo

uma área de intervenção no controlo do treino e do potencial de rendimento dos atletas;

na simulação de novos movimentos e das respectivas exigências morfo-funcionais,

promovendo a melhoria do desempenho dos atletas;

na optimização dos materiais e instrumentos de realização desportiva, tendo em conta a

preservação da saúde e integridade dos praticantes e a maximização das prestações e

na prevenção e terapia de lesões desportivas.3

1 Barbosa, T. from http://www.ipb.pt/~barbosa/biomecanica/introducao.

9

2. A biomecânica na compreensão do movimento desportivo Hoje em dia, a ciência e a engenharia caminham paralelamente no sentido de melhorar o

rendimento desportivo, na medida em que não só criam equipamento que ajuda a aumentar o

desempenho dos atletas, como também proporcionam o conhecimento necessário para intervir no

desenvolvimento de técnicas e programas de treino mais eficazes para o desportista em questão.

2.1 Biomecânica aplicada ao surf Um desporto onde isso é notório é o surf. Este desporto é o único onde os seus praticantes visam

um movimento poderoso e gracioso na onda, usando a energia da mesma a rebentar, com vista à

sua propulsão.

A biomecânica do surf estuda o movimento dos surfistas em cima da prancha, as reações desta com

a superfície da água bem como as manobras que resultam deste processo.

Antes de mais, é importante abordar as características particulares do corpo de um surfista, que

diferem do de um culturista, de um ginasta ou até de um maratonista. Assim, os tipos de força e

resistência variam de atleta para atleta. Literalmente falando, o surf é um desporto que utiliza quase

todos os músculos do corpo.

Como em qualquer desporto, a prática de surf exige treino, por isso a prática é indispensável para a

execução perfeita dos vários movimentos e manobras. No senso comum, um bom surfista é definido

como uma pessoa que consegue prever o tamanho e a forma da onda, aproveitando o máximo de

potencial por ela fornecida. Esta capacidade, aliada ao uso da gravidade em seu favor e ao domínio

da pressão que a prancha exerce na água, ajudam a manter e a não perder a velocidade na onda.

Porém, um bom surfista não só se caracteriza como tendo uma grande capacidade de previsão,

utilizando a seu favor os aspetos da natureza, como também, pelo equilíbrio que demonstra durante

o ato de surfar.

2.1.1 Equilíbrio

Mas o que é o equilíbrio? Equilíbrio envolve duas variáveis - o centro de massa e a base onde está

apoiado o mesmo. O centro de massa é o ponto onde se representam todas as forças que atuam

sobre o corpo, como, por exemplo, a gravidade. Já a base de suporte é a área de contacto que está

debaixo do objeto. Um corpo está em equilíbrio se o seu centro de massa estiver em cima da base

de suporte. No entanto, se o centro de massa não estiver sobre a base de suporte, o surfista irá com

certeza cair.

Ilustração 1: Figura 1 - Um cubo em equilíbrio, onde o centro de massa está acima da base de suporte. Figura 2 - Um cubo em desequilíbrio onde o seu centro de massa não está em cima da base de suporte, o que causa a sua queda.

10

Portanto, uma maior base de suporte e uma maior proximidade do centro de massa conduzem um

maior equilíbrio. No entanto, isto funciona apenas para objetos estáticos. O que aconteceria se estes

objetos estivessem em movimento? É aqui que as forças começam a atuar, tendo um papel

preponderante no seu centro de massa, alterando o estado de equilíbrio.3

2.1.2 Forças aplicadas nos movimentos dos surfistas

2.1.2.1 Força centrípeta

Imagine-se uma bola fixa a um pedaço de fio. À medida que se descreve uma trajetória circular, esta

está sujeita a determinadas forças, na qual existe a força centrípeta que possui uma direção radial.

Na figura 2 o surfista inclinou-se para dentro da onda a fim de a descrever com grande velocidade e

equilíbrio.

2.1.2.2 Leis de Newton (Lei da Inércia e Lei da Ação – Reação)

As leis de Newton contribuem bastante para se fazer manobras e flutuar. Assim:

A Primeira Lei de Newton afirma que os objetos em movimento, como as ondas, tendem a

permanecer em movimento, enquanto que os objetos parados, como a prancha de surf a

flutuar, tendem a permanecer em repouso. É por isso que o surfista precisa de remar para

apanhar uma onda;

Segundo a Terceira Lei de Newton, a cada ação corresponde uma reação da mesma

intensidade, direção e sentido oposto, por isso, quando o surfista empurra para baixo uma

extremidade da prancha, essa extremidade faz pressão na água, que rebate contra a

prancha.

Uma outra força que deve ser considerada no surf, é a força que a água exerce sobre o fundo da

prancha quando existe uma mudança de direção por parte do surfista. Logo, depois de descer a face

Ilustração 2: Atuação das várias forças envolvidas na descrição de um movimento em curva por parte do surfista.

11

da onda, o centro de massa do surfista tende a continuar a mover-se nessa direção, mas o surfista

deseja virar. Assim, à medida que o surfista descreve a curva, a força que a água exerce na prancha

serve para contrariar a força da inércia e impede o surfista de" voar" por cima da prancha.

2.1.2.3. Gravidade

Embora o poder de flutuação mantenha a prancha a boiar, a gravidade puxa a prancha e o surfista

em direção à água. A força de tração ajuda o surfista a manter-se de lado, em movimento, quase

vertical, de uma onda.

2.1.2.4. Tensão da superfície

As moléculas que formam a água estão ligadas umas às outras, de modo que possam criar uma

película forte à superfície da água. Essa película é uma das razões pela qual a onda mantém o seu

formato, além de ajudar a manter a prancha a flutuar.

2.1.2.5. Massa e forma

A prancha e o surfista possuem um centro de gravidade, que está relacionado a sua forma e massa.

Ao flutuar sobre as ondas, o surfista pode mover seu centro de gravidade para mudar o ângulo da

prancha na água. Por exemplo, mover-se em direção à parte traseira da prancha, fará com que a

ponta desta levante da água.

2.1.2.6. Forças hidrodinâmicas

Estas forças, como levantar e puxar, em linguagem vulgar, podem afetar drasticamente a formação

das ondas e a sua interação com a prancha.

2.1.3 Processo de "apanhar" uma onda

A utilização da prancha de surf data de há centenas de anos. Com o seu aparecimento pela primeira

vez no Havai, andar de prancha era um desporto muito famoso entre os nativos, sendo a prancha de

surf que é conhecida atualmente, descoberta posteriormente pelo método de tentativa e erro por

parte dos surfistas, tendo essa sido a primeira tentativa de aplicar a engenharia ao surf.

No entanto, voltando aos primórdios do surf, no Havai, andar de prancha não era só para a prática

de desporto, mas também para a realização de salvamentos devido às grandes velocidades que

podiam ser atingidas quando se remava. Assim, para duas tarefas distintas surgiram dois tipos de

remada, usando a força de um dos braços e pés ou só a força dos braços. Logo, estes dois tipos de

remada podem ser decompostos em duas fases principais: a fase propulsora, quando as duas mãos

estão na água; e a de descanso, quando a mão está a ser trazida por cima da água para a posição

dianteira.

Assim, o surfista tem de acelerar até à velocidade da onda usando uma combinação da força da

gravidade e da força exercida pelos membros superiores do mesmo.4

12

Observando a ilustração 3, podemos verificar que quanto maior for ϴ, ângulo de inclinação da onda,

maior é a força resultante e, por sua vez, maior é a propulsão. Por isso, quanto mais vertical for a

onda mais energia ela tem.

2.1.4 Pranchas

No passado, as pranchas eram feitas de madeira. Agora, são utilizados materiais como a fibra de

vidro e epóxi, um tipo de resina. Quando se fala em surf existem vários tipos de pranchas para tipos

diferentes de ondas. No surf existem alguns tipos de pranchas, nomeadamente a longboard e a

shortboard (ilustração 4):

As longboards têm uma área de contacto maior e, devido à sua construção, estão

sempre acima do nível da água;

As shortboards são mais rápidas devido às suas dimensões reduzidas.

Ilustração 4: Longboard, à esquerda, e shortboard, do lado direito da figura.

Ilustração 3: Forças envolvidas na propulsão do surfista. (Mg - força gravítica)

13

A fim de permitir uma maior eficácia na condução e no controlo da prancha numa onda, há aspetos

importantes que devem ser considerados no design da prancha. O design do fundo de uma prancha

é muito importante, pois é a região que fornece a parte de estabilização, de manobra e de

velocidade.

Um outro aspeto do design é o rail. Existem dois tipos utilizados nas pranchas de surf: macios e

duros. O rail diz respeito às bordas da prancha. Um rail arredondado é chamado de macio, enquanto

um mais quadrado é designado duro.

Seguido do rail, encontramos o rocker que é um dos aspetos mais fundamentais no desenho da

prancha, pois controla o fluxo de água. Quanto mais acentuada for a curva da prancha, menor é o

fluxo de água (mais lenta é a prancha), logo, maior é a manobralidade. Quanto menos acentuada for

a curva, maior é o fluxo de água (mais rápida a prancha), logo, menor manobrabilidade.

E, por último, aparecem os fins que, conjugados com o rail, são responsáveis pela força necessária

para manter a prancha na face da onda; atuam de uma maneira semelhante a uma asa de uma

aeronave, para provocar elevação.

2.1.5 Funcionamento das pranchas de surf

Ainda não se compreende totalmente o funcionamento destas ferramentas, pois a qualidade das

pranchas é sempre muito relativa, variando de pessoa para pessoa. No entanto é possível destacar

dois factores que são combinados numa prancha:

Impulsão (Lei de Arquimedes) com o efeito de asa, no rail. O poder de flutuação das

pranchas de surf, ou capacidade de boiar, deve-se à sua densidade. A prancha é menos

densa do que a água debaixo dela. O revestimento da prancha também é impermeável,

evitando que a água penetre, a espuma de dentro fique encharcada e esta afunde;

Peso da prancha.5

2.2. A biomecânica aplicada à corrida de velocidade O sprint dos 100 m é uma modalidade específica do atletismo, sendo considerado pela maioria dos

amantes de atletismo uma das provas rainha da modalidade de atletismo. Esta é uma prova

olímpica, que foi introduzida nos programas das olimpíadas da edição inicial de 1896 (para o sexo

masculino) e desde a edição de 1928 (para o sexo feminino).

O vencedor desta prova é muitas vezes tido como “o homem/mulher mais rápido do mundo”, razão

pela qual se torna de extrema importância uma boa preparação e performance nesta prova. O actual

detentor do record Olímpico nesta prova, na sua vertente masculina, é o jamaicano Usain Bolt, que

detém a marca de 9,63 segundos atingida em 2008 durante os Jogos Olímpicos de Pequim. Bolt

detém ainda o record mundial, obtido no ano de 2009, em Berlim (Alemanha), onde rotulou a marca

de 9,58 segundos como a “marca a bater”6.

2.2.1. A mecânica da corrida

Correr e caminhar são atividades distintas, diferenciadas, no entanto, pelo facto de que no acto do

correr o atleta mantém apenas um pé em contacto com a superfície de apoio.

14

A corrida pode então ser definida como uma sucessão de saltos com progressão horizontal. Possui

uma fase aérea, maior ou menor, dependendo da velocidade de progressão. Quanto maior a

velocidade menor será o contacto do calcanhar com o solo.

No inicio de um sprint de 100 m, todo o corredor está num estado estático, mas assume uma

posição que é bastante favorável a um maior impulso na partida, posição essa, condicionada por

uma série de ângulos que devem estar ser bem definidos na posição corporal assumida pelo atleta.

Nesta fase cada atleta tem também atenção à posição dos seus pés aquando da partida. O

denominado “pé mais forte” é colocado mais à frente de modo a que, no momento da partida, o

atleta consiga sair com uma maior impulsão7.

Ilustração 5: Ângulo da posição de partida correta numa corrida de velocidade.

Numa fase imediatamente posterior à partida, existe a fase de aceleração na qual se procura ganhar

velocidade. Nesta fase, os atletas têm a tendência para elevar o seu tronco à medida que vão

aumentando a velocidade, sendo este um movimento natural que tem como objetivo fundamental a

manutenção do equilíbrio do corpo8.

Ilustração 6: Elevação corporal com o aumento da velocidade.

Como seria de esperar, atingir a maior velocidade possível é fulcral nesta prova, por isso logo desde

o início todos os atletas tentam ser mais velozes que os seus adversários. Mas de que depende a

velocidade?

A velocidade de um corredor tem como base dois factores principais: a frequência das passadas e a

amplitude das passadas do atleta.

A frequência das passadas relaciona-se com o número de passadas executadas pelo corredor num

determinado intervalo de tempo. Este factor depende muito da condição fisionómica de cada atleta

15

(tipo de musculatura, nível de coordenação motora...), no entanto também há que ter em conta o

aspecto biomecânico do movimento das pernas com o intuito de gerar velocidade, que pode ser

mais ou menos eficaz.

A amplitude das passadas relaciona-se com a soma das distâncias das várias fases do ciclo da

passada, que compreende a distância de impulsão, a distância de voo e a distância de contacto com

o solo:

Distância de Impulsão – distância na qual o centro de gravidade do atleta se move desde o

ponto em que o contacto com o solo é feita, até ao ponto onde o contacto com o solo é

interrompido. A velocidade do impulso em cada passada depende da velocidade da distância

de impulsão, da posição corporal do atleta e de um ângulo de projecção adequado.

Distância de Voo – distância em que o centro de gravidade se movimenta numa fase em que

não há suporte do atleta na superfície de apoio. Esta distância é condicionada por factores

como altura do centro de gravidade no momento de descolagem do solo, ângulo da

impulsão, efeito da resistência do ar, etc.

Distância de Contacto com o Solo – distância na qual o atleta volta a ter contacto do pé com

o solo, momento no qual é gerada energia mecânica necessária à próxima passada. Esta

deve ser uma distância relativamente reduzida de modo a que não se perca muita

velocidade, ou seja, a que não se reduza a eficácia do processo de corrida9.

Ilustração 7: Várias fases da passada de um corredor.

Os dois factores supracitados são, quando combinados, a grande chave para as diferenças de

velocidades de atleta para atleta. Podemos notar que existe uma relação matemática entre a

velocidade, o comprimento das passadas e a frequência das mesmas. A velocidade do corredor pode

ser calculada através do produto do comprimento das passadas e a frequência das passadas10.

Velocidade = (Comprimento das Passadas) x (Frequência das Passadas)

16

Outro elemento biomecânico com grande importância ao nível da performance em corrida são os

braços, agentes responsáveis pela estabilização corporal e pela propulsão vertical do corredor11, e a

forma como são coordenados o seu movimento e o movimento dos membros inferiores. Com uma

correta coordenação dos movimentos “braços-pernas”, o atleta consegue efectuar passadas rápidas

e com maior alcance, optimizando assim o seu processo de corrida.

Para além disto há ainda que considerar o elemento anatómico que é responsável pelo contacto

directo com o solo – os pés do corredor. Neste aspecto específico há diferentes tipos de apoios

possíveis consoante o estilo pessoal de cada corredor. Existem então três tipos de pisadas: neutra,

supinada e pronada. Na pisada neutra o contacto com o solo é iniciado com a parte externa do

calcanhar, existe uma rotação média e termina na zona central da planta do pé do atleta. Na pisada

supinada (corredor com pé concavo), o contacto com a pista é efetuado em todas as suas fases com

um apoio acentuado da parte externa do calcanhar. Na pisada pronada (corredor com pé plano), o

contacto inicia-se com a parte exterior do calcanhar, seguida de uma rotação acentuado que faz com

que a pisada termine na zona mais interior do pé12.

Ilustração 8: Relação entre a anatomia dos pés e o tipo de pisada.

Tendo em conta todos estes factores anatómicos, e procurando performances cada vez melhores, é

aconselhado uma atenção especial no que toca ao material a usar em prova, nomeadamente neste

caso especifico, nos ténis escolhidos. Uma falha técnica a este nível pode ser um factor de risco ao

nível de lesões. As lesões em corrida podem ter origem nas grandes forças de pressão que são

exercidas quando o pé está em contacto com o solo, daí os ténis serem um factor determinante na

absorção do choque em cada passada. Os principais materiais usados industrialmente no fabrico dos

ténis de corrida são, entre outros, o acetato vinil etileno e o poliuretano. São feios estudos para que

17

os ténis de corrida tenham em conta factores relevantes tais como: estabilidade, conforto,

amortecimento, performance, etc.

2.2.2. O caso de Bolt

Como já foi referido, o atual detentor dos mais importantes recordes de velocidade na variante dos

100 m sprint é Usain Bolt. Este corredor jamaicano tem vindo há já alguns anos a ter performances

de grande nível e a superar todos os outros corredores.

Há algumas características que justificam este facto, nomeadamente:

A altura de Usain Bolt – Bolt é relativamente alto (196cm) em relação à maioria dos seus

adversários, esta diferença permite-lhe completar os 100 metros num menor número de

passadas do que os seus opositores.

Ilustração 9: Relação das alturas de Usain Bolt, Walter Dix e Richard Thompson.

Elasticidade e força – este atleta possui grande força e grande elasticidade, o que faz com

que seja capaz de acelerar muito rapidamente.

Tempo de reação – Usain tem um registo surpreendente no que toca ao tempo de reação

no inicio da corrida. Este tempo de reação reduzido dá-lhe também uma enorme vantagem

sobre os restantes corredores13.

Aspecto psicológico – Bolt é conhecido mundialmente pela sua boa disposição. Esta pode

ser uma estratégia adoptada para de certo modo afastar a pressão e a ansiedade a que um

atleta de alto rendimento está sujeito e que pode, nalguns casos, ser prejudicial em relação

ao desempenho em prova.

Todos estes detalhes, nomeadamente as características físicas de Bolt e o seu rendimento

biomecânico, permitem-lhe obter desempenhos acima de qualquer outro atleta da actualidade.

2.2.3. A evolução dos recordes

Sendo esta uma prova tão prestigiante é natural que o desejo de ser o vencedor seja enorme. Na

luta pelo primeiro lugar da classificação final, a biomecânica e estudos feitos neste ramo da

Mecânica assumem um papel determinante na melhoria dos resultados obtidos pelos atletas. Assim,

18

a biomecânica tem sido a grande responsável pela descoberta de uma série de factores

biomecânicos e matemáticos envolvidos no processo de corrida de velocidade.

A ilustração 9 mostra a evolução dos tempos dos três primeiros classificados no sprint de 100m ao

longo das edições dos jogos olimpicos, sendo a mais à esquerda a edição de 1896 e a mais à direita a

edição de 2012. Os tempos vão sendo cada vez menores à medida que as edições se vão sucedendo,

como é visivel no esquema.

Ilustração 10: Evolução dos tempos dos primeiros classificados na prova de 100 m nos Jogos Olímpicos. Os tempos vão sendo cada vez menores à medida que as edições se vão sucedendo (desde 1896 até 2012).

É possível portanto estabelecer uma relação estreita entre os avanços científico-técnicos

desta área e os cada vez melhores resultados obtidos pelos atletas de alta competição.

3. Melhoramento do desempenho do atleta

O objectivo final da biomecânica, quando aplicada ao desporto, é a melhoria do desempenho do

atleta. Essa evolução passa, essencialmente, por dois pontos: o aperfeiçoamento da técnica e da

forma como o atleta treina.

3.1. Aperfeiçoamento da técnica O aperfeiçoamento da técnica do atleta é o método mais comummente aplicado, com vista à

optimização do seu desempenho, e pode ocorrer de duas formas: por um lado, treinadores e

professores das ciências da educação física, usando o seu conhecimento de mecânica (biomecânica,

particularmente), podem intervir na execução de uma determinada técnica, por parte do atleta, ou

numa capacidade sua; por outro lado, por vezes, investigadores na área da biomecânica descobrem

e desenvolvem novas técnicas, posteriormente transmitidas aos treinadores e atletas, para que

sejam, efectivamente, postas em prática. Apesar da crença geral de que as técnicas inovadoras e

19

revolucionárias são normalmente desenvolvidas por biomecânicos, a verdade é que isso é raro –

possivelmente, pelo facto de a biomecânica ser uma área de estudo relativamente recente.

Um exemplo do sucesso da investigação na área da biomecânica com vista ao aperfeiçoamento da

técnica diz respeito à natação (ilustração 11), tendo surtido efeito dessa investigação nas décadas de

1960 e 1970. Para compreender esse estudo é importante, contudo, esclarecer os princípios físicos

que atuam num corpo parcial ou totalmente imerso, nomeadamente o arrasto e a propulsão14.

Ilustração 11: Atleta a executar movimentos de braços e pernas, sincronizados, com vista à sua moviemtnação no meio aquático (natação).

3.1.1. Arrasto

A resistência da água aos movimentos do nadador designa-se arrasto, sendo prejudicial ao

desempenho do atleta. Existem três tipos de categorias de arrasto que actuam num nadador:

arrasto friccional (atrito), arrasto de forma e arrasto de onda. A fricção de arrasto é o resultado da

interacção entre o corpo do nadador e as moléculas de água e esta força faz com que o nadador

nade mais lentamente. O arrasto de forma é causado pelo porte e pela forma dos corpos dos

nadadores no seu deslocamento propulsivo na água. As posições mais hidrodinâmicas permitem ao

nadador uma passagem pela água menos turbulenta e consequentemente menos resistiva, uma vez

que se perturba um número reduzido de correntes adjacentes de água. O nadador deve-se manter

na posição mais horizontal possível para minimizar o espaço que ocupa e ter sempre o máximo de

cuidado com os excessos dos movimentos laterais que dificultam no alinhamento do nadador.

E, por último, o arrasto de onda é causado pelas ondas que são geradas pelos nadadores, devido às

diferentes velocidades da água. A amplitude das ondas aumenta com a velocidade do nadador,

afectando de forma negativa a performance dos atletas, porque passa a existir uma maior

resistência ao movimento. O efeito da velocidade é tão elevado, que o dobro da velocidade

quadruplica o arrasto (KNUDSON, 2007).

20

3.1.2. Propulsão

A propulsão é a força criada pelos braços e pernas dos nadadores que os impele para a frente. As

primeiras tentativas de se descrever os movimentos propulsivos de nadadores de competição

baseavam-se na comparação dos braços destes com os remos ou as rodas de pás (movimento

semicircular com os braços esticados). No entanto, depois de algumas visualizações submersas,

percebeu-se que os nadadores flexionavam os seus braços nos diferentes estilos de nado. Estas

observações levaram às primeiras tentativas modernas de aplicação dos princípios científicos da

propulsão da natação, levando a que os nadadores movimentassem as suas mãos em trajectos

parecidos com a letra S nas partes abaixo e ao lado do corpo.

As pesquisas feitas por Ronald Brown e James “Doc” Counsilman (1971) indicam que as forças de

sustentação (aquelas que não permitem que o corpo se afunde) que atuam na mão são muito mais

relevantes para impulsionar o nadador do que aquilo que se julgava anteriormente. De acordo com

os resultados dessas pesquisas, em vez de puxar a mão em linha reta para trás através da água para

produzir uma força de arrasto, o nadador deve, então, efectuar uma rotação no sentido vertical, por

forma a diminuir o ângulo com a vertical, quando puxa o braço para trás, por forma a produzir forças

de propulsão a partir das forças de sustentação. Esta técnica, desenvolvida a partir de pesquisas na

área da biomecânica, é agora utilizada por treinadores, professores e atletas em todo o mundo.

3.2. Aperfeiçoamento do treino e acompanhamento do atleta A biomecânica tem também o poder de otimizar o treino do atleta. Através da análise das suas

capacidades, podem ser detetadas as respetivas deficiências – o atleta pode, por exemplo, ter um

desempenho limitado devido à fraqueza de determinados grupos de músculos, devido à baixa

velocidade do seu movimento ou mesmo por causa de um aspeto particular da técnica por ele

utilizada. A intenção do treino monitorizado, com base na biomecânica, prende-se na necessidade

de obter informações sobre os reais efeitos das sessões de treino e de averiguar se o plano de treino

é adequado à fase específica de desenvolvimento do atleta. Ao criar um modelo de atleta, tendo em

conta as particularidades individuais, a biomecânica dá, então, a possibilidade ao treinador de criar

um plano de treino personalizado para cada desportista. O acompanhamento do atleta, do ponto de

vista biomecânico, é caracterizado por:

Ser um processo efectuado com vista ao aumento da eficácia do treino.

Ser baseado em dados recolhidos durante os vários estágios da atuação do atleta: sessões

de treino, competição e microciclos de treino, isto é, a evolução do desempenho do atleta a

curto prazo.

Ser um processo bastante específico, dependendo essa especificidade do evento desportivo

em causa, do nível de desempenho do atleta e das diferenças relativas a idade/género.

A utilização de um método na monotorização do treino faz sentido quando se obtém, a

partir dele, informação fidedigna relativamente ao parâmetro a ser analisado.

A informação obtida a partir das análises efectuadas deve ser compreensível, isto é, deve ser

cientificamente correta para que as correcções necessárias ao plano de treino possam ser

efectivamente realizadas.

O principal princípio do planeamento da monitoração do treino é: minimizar o número de testes,

maximizando a informação obtida. O princípio alternativo, quanto mais testes, mais informação, não

21

é aceitável, pois a monitoração não é um fim em si mesmo, isto é, o seu objectivo é ajudar os

treinadores e os atletas. Todos os testes e medidas são escolhidos como sendo os mais apropriados

de entre um determinado número de possibilidades – uma escolha bem-sucedida dos métodos,

testes e parâmetros a utilizar é aquela que minimiza o número de testes, maximizando a informação

de qualidade. Avaliar vários parâmetros ou efectuar vários testes que forneçam a mesma

informação deve, portanto, ser evitado.

De um ponto de vista ético:

1. Os atletas devem sofrer o número mínimo possível de danos causados pelos testes;

2. Os atletas devem ser totalmente livres de procedimentos embaraçosos;

3. Os atletas devem dar o seu consentimento, uma vez devidamente informados sobre os

procedimentos a efectuar;

4. Os métodos utilizados não devem causar emoções negativas no atleta;

5. Os atletas devem ser informados acerca do destino dos resultados dos testes e ter o

direito a limitar a distribuição desses.

Relativamente ao terceiro tópico, o consentimento do atleta é necessário não apenas do ponto de

vista ético: de acordo com uma experiência realizada por Yakovlev em 1977, o fator

consentimento/coacção, isto é, se o atleta realiza os testes por livre vontade ou não, podem mesmo

provocar resultados diferentes daqueles que seriam obtidos com a aprovação do atleta15.

Um exemplo que mostra a eficácia da aplicação da biomecânica ao treino dos atletas é encontrado

na patinagem artística no gelo: na década de 1980, nos campos de treino U. S. Olympic Training

Center, em Colorado Springs, nos Estados Unidos da América, foram analisados atletas durante a sua

tentativa de efectuar piruetas duplas e triplas (ilustração 12), tendo-se verificado que muitos atletas

falhavam. Uma análise inicial revelou que alguns não conseguiam completar a manobra pois não

juntavam os braços suficientemente ao corpo, por forma a gerar uma rotação mais rápida no ar.

Uma análise cuidada posterior, com base em conhecimentos da biomecânica, descobriu a razão da

incapacidade de juntar os braços firmemente ao tronco: a força exercida pela sua musculatura dos

braços e ombros era inadequada. Consequentemente, os planos de treino dos atletas que não

completavam as manobras do duplo e do triplo saltos foram reformulados, passando a incluir

exercícios localizados, para a parte superior do corpo, por forma a fortalecer a musculatura dos

braços e ombros. Verificou-se que, então, que vários patinadores passaram a conseguir executar as

manobras referidas com sucesso.

22

4. Adequação dos materiais e instrumentos de realização desportiva A biomecânica, como já foi referido anteriormente, tem uma componente relacionada com o

desporto e, como tal, contribui para a melhoria do desempenho dos atletas. Um dos ramos de

aplicação da biomecânica no desporto baseia-se na melhoria do design dos equipamentos, uma vez

que estes influenciam o desempenho dos atletas, quer diretamente quer através da prevenção de

lesões. Esta alteração do design e constituição dos equipamentos está intimamente relacionada com

conceitos físicos, como aerodinâmica, hidrodinâmica, impulso, energia cinética, etc.

A aerodinâmica está relacionada com o fluxo de ar à volta de um projéctil/objeto (como por

exemplo uma bola), o qual influencia tanto a velocidade como a direcção do objecto. O fluxo de ar

em torno do projéctil varia muito, dependendo se ele apresenta uma superfície mais lisa ou mais

rugosa (como por exemplo as ondulações de uma bola de golf). Um objecto em movimento no ar

está, portanto, sujeito a forças aerodinâmicas causadas pela pressão e viscosidade do meio que

podem ser decompostas segundo duas componentes: o arrasto, antiparalelo à velocidade, e a

sustentação, perpendicular à velocidade. A força de arrasto depende fortemente da velocidade com

que o projéctil se move e da dimensão do mesmo. A força de sustentação está relacionada com o

efeito de Magnus, o qual ocorre quando o objecto gira em torno do seu centro. Existem vários

desportos cujos equipamentos dependem essencialmente das forças aerodinâmicas como: golfe,

lançamento do dardo, ciclismo, etc16.

Ilustração 12: Atleta feminina da vertente de patinagem artística a executar uma pirueta, com auxílio de um alteta

masculino da mesma vertente.

23

A hidrodinâmica, por sua vez, relaciona-se com o movimento de um corpo dentro de água. Nos

desportos em ambiente aquático (como por exemplo a natação e o surf), as influências exercidas

pela água apresentam-se de forma tão significativas que assumem um papel decisivo no resultado

de uma prova. A resistência da água aos movimentos do nadador designa-se arrasto, sendo

prejudicial ao desempenho do atleta. As posições mais hidrodinâmicas permitem ao nadador uma

passagem pela água menos turbulenta e consequentemente menos resistiva, uma vez que perturba

um menor número de correntes adjacentes de água. O nadador deve-se manter na posição mais

horizontal possível para minimizar o espaço que ocupa e evitar os excessos nos movimentos laterais

que dificultam o alinhamento do nado17.

4.1. Golfe A bola de golfe é dos exemplos mais significativos da aplicação de conhecimentos físicos e

mecânicos nos materiais de realização desportiva. O desenho da bola é bastante preciso, sendo o

peso obrigatoriamente 45.93 gramas e o diâmetro pelo menos 42.67 milímetros18.

A bola de golfe sofreu uma considerável evolução, usando-se, durante os primeiros duzentos anos

do início do jogo, uma bola de madeira. Contudo, em 1618, apareceu um novo modelo da bola,

ficando conhecida como a bola “Featherie” (ilustração 13). Era constituída por um núcleo de penas

de ganso coberto com couro de vaca e à superfície uma camada de tinta. Em 1848, Robert Adams

inventou outro modelo para a bola de golfe, que ficou conhecida como a bola “Gutta Percha” ou

bola “Guttie”19. Esta era constituída por um látex inelástico e tinha duas vantagens relativamente à

bola anterior: possuía uma forma mais aerodinâmica, o que melhorava os resultados dos jogadores,

e era economicamente mais viável. Com o passar do tempo, os atletas começaram-se a aperceber

que, quanto maior fosse o desgaste da bola, maior era a distância que ela atingia. Portanto, os

fabricantes passaram a furá-las com martelos pontiagudos, de forma a optimizar os resultados.

Ilustração 13: Bolas "Featherie".

Actualmente, a bola tem um núcleo de composto titânico e uma camada exterior de composto de

uretano. Na sua superfície, existem múltiplas depressões côncavas que, segundo uma decisão da

USGA (United States Golf Association), têm que ser simétricas (ilustração 14)20. Estas depressões

ajudam a impulsionar a bola, o que se explica à luz de conhecimentos físicos.

24

Ilustração 14: Bolas de golfe atuais.

À medida que uma bola viaja no ar as camadas de ar que são comprimidas à frente da bola separam-

se das camadas de ar que ficam atrás dela (ilustração 15), produzindo uma pressão sobre a bola no

sentido oposto ao do seu movimento, retardando-a. Contudo os sulcos que existem nas bolas de

golfe criam uma turbulência que mantém a corrente principal mais próxima de toda a superfície da

bola, diminuindo a separação entre as camadas de ar de trás e da frente da bola (ilustração 16).

Assim sendo, aumenta-se a pressão do ar na parte de trás, dando um impulso maior. Em termos

numéricos, enquanto uma bola lisa percorre 45 metros, uma bola com reentrâncias pode percorrer

210 metros, o que se torna vantajoso para os atletas21.

Ilustração 15: As camadas de ar que são comprimidas à frente da bola separam-se das camadas de ar que ficam atrás dela.

Ilustração 16: Os sulcos que existem nas bolas de golfe criam uma turbulência que mantém a corrente principal mais próxima de toda a superfície da bola, diminuindo a separação entre as camadas de ar de trás e da frente da bola.

25

4.2. Ciclismo O desempenho dos ciclistas é afectado pela resistência aerodinâmica a que estão sujeitos (além da

resistência dos rolamentos nas rodas e a resistência das rodas no pavimento). A maior parte da

resistência aerodinâmica é causada pelo atrito na superfície do ciclista, podendo ser reduzida

através do uso de roupas lisas (com menor rugosidade) ou da depilação da pele. No entanto,

também pode ser devida à forma como o ciclista se apresenta, podendo ser reduzida através da

utilização de equipamentos (como por exemplo através do uso de capacetes aerodinâmicos), e

optimizando a postura do ciclista na bicicleta, de maneira a diminuir a área frontal (melhor perfil

“alar”)22.

O ciclismo foi testemunho de numerosos avanços tecnológicos ao longo dos anos. Em 1880, surgiu o

primeiro capacete feito de cortiça, substituído, no início do século XX, por capacetes feitos de tiras

de couro acolchoadas no seu interior. Estes modelos, conhecidos como “hairnet” (ilustração 17),

além de oferecerem pouca proteção, os atletas alegavam desconforto, excesso de peso e perda

aerodinâmica.

Em 1975, lançou-se um novo modelo de capacete desenhado exclusivamente para ciclismo,

designado Bell Biker, que apresentava uma cobertura dura de poliuretano (ilustração 18). O

poliuretano é um polímero que, além de ter uma elevada resistência à abrasão, apresenta um custo

e um peso reduzido.

Em 1990, através de uma nova tecnologia de construção, apareceu um novo modelo de capacete

(ilustração 19), no qual o revestimento foi reincorporado durante o processo de fabricação. O

material utilizado no revestimento deve ser de elevada qualidade que resista ao calor durante o

processo de moldagem, como o policarbonato. Pode ser reforçado com fibras de carbono, kevlar ou

fibras de vidro, de forma a aumentar a resistência do capacete. Esta tecnologia permitiu uma maior

ventilação da cabeça, através da criação de mais e maiores aberturas no capacete, garantindo

também a protecção necessária23.

Ilustração 17: Capacete "hairnet". Ilustração 18: Capacete Bell Biker.

26

Ilustração 19: Capacete surgido em 1990, no qual o revestimento foi reincorporado durante o processo de moldagem.

Nas últimas décadas, o avanço da tecnologia tem levado os ciclistas a atingir velocidades que

pareciam inatingíveis há cem anos atrás. Actualmente, os capacetes profissionais têm uma forma

aerodinâmica (ilustração 20), constituídos por uma cauda na parte de trás, que leva a uma

diminuição do arrasto durante a prova. A parte exterior do capacete é produzida, na maioria das

vezes, a partir de Politereftalato de etileno (PET) ou um plástico idêntico. O PET proporciona alta

resistência mecânica (impacto) e química, além de ser uma excelente barreira para gases e odores e

ter um peso bastante reduzido. O forro (camada de espuma em que a energia do acidente é

parcialmente absorvida) é geralmente moldado em espuma de poliestireno expandido (EPS). Os

capacetes requerem também um reforço interno, constituído por uma variedade de materiais tais

como polipropileno, nylon, ou mesmo metal que tem como função manter a estrutura do capacete

durante um impacto24.

Ilustração 20: Capacetes de ciclismo atuais.

4.3. Lançamento do dardo O lançamento do dardo é um desporto cuja aplicação de conhecimentos mecânicos levou a um

distinto aumento do êxito dos atletas.

Em 1952, Frank “Bud” Held (ilustração 21) e o seu irmão Dick Held desenharam e construíram um

dardo mais aerodinâmico do que o que existia na época, cujo aumento da área de superfície

possibilitava um “voo” muito maior. Antes do aparecimento do dardo de Frank Held, o recorde

mundial do lançamento de dardo era 78,70 metros (conseguido em 1938). No entanto, com o uso de

27

dardos mais aerodinâmicos baseados no dardo de Frank Held, o recorde mundial progrediu para

104,80 metros (conseguido em 1984)25.

Ilustração 21: Frank "Bud" Held, atleta na vertende de lançamento do dardo.

Como se estava a assistir a uma melhoria significativa dos recordes mundiais, chegou-se a uma

altura em que era perigoso assistir a um campeonato de lançamento de dardo, uma vez que o dardo

poderia sobrevoar todo o estádio e atingir os espectadores. Assim, a IAAF (International Association

of Athletics Federations), em 1986, implantou medidas que mudavam as normas da construção do

dardo, alterando-se a posição do centro de massa, diminuindo a aerodinâmica da ponta e limitando

o tamanho do mesmo. Deste modo, diminui-se a área de superfície e reduziu-se o seu “voo”,

levando, portanto, a uma diminuição dos recordes mundiais, passando para um máximo de 98.48

metros (obtido em 1996)26.

Na ilustração 22, estão representados as distâncias correspondentes à medalha de ouro dos Jogos

Olímpicos desde 1896 até 2012 (a amarelo) e os respectivos recordes mundiais dos anos em questão

(a vermelho). Deste modo, consegue-se analisar a evolução das distâncias do lançamento,

verificando-se que estas tenderam a subir gradualmente, ocorrendo uma descida abrupta do

recorde mundial em 1988, logo depois ao ano de implementação de medidas pela IAAF.

Ilustração 22: Distâncias correspondentes à medalha de ouro dos Jogos Olímpicos desde 1896 até 2012 (a amarelo) e os respectivos recordes mundiais dos anos em questão (a vermelho).

28

Actualmente, o dardo para homens pesa 800 gramas e tem 2,7 metros de comprimento (ver o dardo

azul da ilustração 23), enquanto para as mulheres pesa 600 gramas e tem 2,3 metros (ver o dardo

branco da ilustração 23)27. Um dardo deve ter três partes: a ponta, o corpo e a área na qual o atleta

segura. A ponta é constituída por metal, geralmente aguçado para permitir uma maior aerodinâmica

e, portanto, uma diminuição do arrasto. O corpo era, tradicionalmente, feito de madeira sólida, no

entanto os dardos atuais são de aço tubular, fibra de vidro ou fibra de carbono. A área na qual o

atleta segura é um cordão fortemente enrolado a meio do corpo, de forma a evitar que o dardo

escorregue da mão.

Ilustração 23: Dardos feminino (branco) e masculino (azul) atuais.

4.4. Ténis As raquetes do ténis, mais propriamente os materiais que as constituem, também sofreram

alterações significativas com o passar do tempo. As primeiras raquetes encordoadas foram

documentadas no Trattato del Giuco della Palle (Tratado sobre o Jogo da Bola), em 1555. Estas eram

feitas com uma peça de madeira compensada, tinham 150 cm de comprimento, o seu

encordoamento era diagonal e as cordas eram feitas de tripas de ovelha.

Só em 1860 é que se assistiu a uma notável evolução nas raquetes de ténis, onde foram colocadas

cordas verticais e horizontais da mesma largura e entrelaçadas de modo semelhante ao actual

(ilustração 24). Outra mudança a nível das raquetes assistiu-se na década de 1930 com a utilização

de couro de carneiro na zona onde se pega, por ser menos escorregadio, e a utilização de fibras

sintéticas como o nylon nas cordas, por apresentarem uma elevada resistência.

Ilustração 24: Raquetes de ténis criadas em 1860.

Na década de 1980, os fabricantes introduziram a tecnologia de fibra de vidro moldado, devido à

alta resistência à tração, à sua flexão e à sua leveza. Quatro anos mais tarde, Siegfried Kuebler

substituiu a seção transversal normal da cabeça da raquete por uma mais fina e com perfil amplo de

alumínio (ilustração 25). Deste modo, a raquete passou a ser mais leve, mas com a cabeça pesada,

aumentando a potência sem perder a capacidade de manobra ou estabilidade28.

29

Ilustração 25: Raquete criada por Siegfried Kuebler.

4.5. Salto com vara Um desporto que ilustra bem a influência do equipamento na prática desportiva é o salto com vara.

Se forem examinados os recordes dos últimos cem anos (ilustração 26), nota-se um grande aumento

na altura atingida pelos atletas. Apesar de fatores humanos influenciarem esses resultados, como a

técnica do atleta e a sua capacidade, o equipamento é também determinante, em particular o

design e os materiais utilizados na conceção da vara.

Ilustração 26: Recordes dos últimos cem anos da modalidade de salto com vara.

Inicialmente, as varas eram fabricadas a partir de porções sólidas de madeira, tendo,

posteriormente, passado a ser constituídas por longas varas de bambu, o que fez baixar bastante o

seu peso. As varas de bambu, contudo, tinham uma desvantagem – o limitado número de varas que

podiam ser produzidas. Nos anos que seguiram a Segunda Guerra Mundial, surgiram duas grandes

inovações nessa área: na década de 1950, foram introduzidas na indústria as varas de alumínio,

depressa substituídas, nos anos de 1960, pelas varas fabricadas a partir de compósitos de fibra de

vidro. É esta revolução que explica o grande aumento das alturas constituintes dos recordes nos

anos pós-guerra.

O atleta ambiciona atingir a máxima velocidade possível aquando do salto: quando o atleta

abandona o chão, a sua energia cinética é transformada em energia potencial, a qual, por sua vez,

determina a altura do salto. Assim, quanto maior a velocidade atingida pelo atleta no sprint pré-

salto, maior será altura atingida.

30

Contudo, existe uma outra dimensão que deve ser tida em conta, a dos materiais utilizados na

conceção da vara. Na ilustração 27, nota-se claramente um elevado grau de flexão por parte da vara,

quando o atleta deixa o piso. O material usado deve, portanto, ter relativamente alta resistência,

rigidez intermédia - permite que a vara se dobre sem partir - e baixa densidade. Como o compósito

de fibra de vidro combina a alta resistência com a rigidez intermédia, o ângulo de flexão é maior do

que nos outros materiais (madeira, bambu e alumínio), sendo, portanto, também a energia elástica

armazenada maior. Para além disso, uma vez que os compósitos de fibra de vidro exibem,

geralmente, baixa densidade, é aumentada a velocidade com que o atleta abandona o solo após o

sprint. Uma maior quantidade de energia elástica armazenada na vara, juntamente com uma maior

quantidade de energia cinética, contribui para um salto mais alto.

Ilustração 27: Alto grau de flexão por parte da vara durante o salto.

Deve também ser analisado o aspeto da forma como é fabricado o compósito que constitui a vara.

Esta deve adotar uma estrutura laminar, por forma a permitir a flexibilidade necessária. Isso é

conseguido através da conceção de camadas alinhadas numa proporção significativa de fibras de

reforço ao longo do eixo da vara. Apesar de existirem várias variações comerciais, o método mais

comum consiste em usar um processo designado enrolamento filamentar. Este processo baseia-se

no enrolamento de fibras impregnadas de resina em torno de um mandril com um espaçamento

definido, que juntamente com o tamanho da secção da vara, determina a sua flexibilidade. Essa

estrutura de filamentos enrolados é comummente suplementado com a adição de camadas de

tecido entrelaçado, como mostrado na ilustração 28.

Ilustração 28: Estrutura e constituição de uma vara utilizada na modalidade de salto com vara.

31

Os materiais utilizados neste desporto são também determinantes quando o atleta inicia o percurso

descendente a partir da barra. A partir desse momento, é a energia potencial que se transforma em

energia cinética, sendo esta tanto maior quanto mais próximo o atleta estiver do chão. Para evitar

lesões ao atleta, é preciso, então, uma área de queda especial. Geralmente, essa é fabricada a partir

de um polímero que absorve a energia do impacto aquando da aterragem do atleta. A absorção de

energia é consequência direta da estrutura molecular do polímero, podendo esta ser manipulada e

controlada durante o processo de fabricação do polímero, utilizando diferentes métodos de

produção29.

4.6. Hóquei em patins Existe uma variedade de material adjacente à prática de hóquei em patins, que vai desde as botas

com patins de quatro rodas (colocadas duas a duas, paralelamente, em dois eixos transversais), aléu

(ou “stick”), até todo o equipamento obrigatório para o guarda-redes (máscara de protecção integral

da cabeça, peitilho, luvas, caneleiras).

Relativamente às botas (ilustração 29), está interdita a colocação de qualquer tipo de protecção

metálica, mesmo que seja coberta por outro tipo de material e é permitida a utilização de travões

colocados na ponta dos patins, com um diâmetro nunca superior a cinco centímetros. As rodas dos

patins não podem ter um diâmetro inferior a três centímetros, não sendo permitido qualquer tipo

de protecção suplementar entre as rodas dianteiras e as rodas traseiras30. As rodas são fabricadas

em uretano, um material plástico que pode variar de dureza. Quanto mais macia for a roda maior

será a sua capacidade de tração e de amortecimento de vibrações, sendo a sua vida mais reduzida. O

chassis (ou a base dos patins, ver ilustração 30) liga as rodas ao corpo, podendo ser constituído por

vários materiais. Às bases de metal, mais propriamente de alumínio, corresponde a um maior grau

de rigidez, levando a uma maior precisão, sendo, por isso, utilizadas pelos atletas profissionais. As

bases de nylon ou de plástico são as mais flexíveis (facilmente deformáveis) e, portanto, são mais

confortáveis, levando, no entanto, a um maior tempo de execução31.

Ilustração 29: Botas com patins de quatro rodas, utilizadas na modalidade de hóquei em patins.

32

Ilustração 30: Chassis (base dos patins).

Relativamente ao fabrico do "stick" utilizado pelos jogadores de hóquei em patins - guarda-redes,

incluídos – tem de obedecer às seguintes condições:

Tem de ser feito de madeira, plástico ou outro material que seja previamente aprovado pelo

CIRH – Comité Internationale de Rink Hockey, não podendo ser feito de metal ou ter

qualquer reforço metálico;

A parte inferior do "stick" tem de ser plana e o seu comprimento, medido no lado exterior

da sua curvatura deve obedecer aos seguintes limites: comprimento do "stick" de 90 até 115

centímetros (ilustração 31).

Todos os “stick” devem poder passar por um anel de 5 centímetros de diâmetro e o seu peso

não pode exceder 500 gramas32.

Ilustração 31: "Stick" utilizado no hóquei em patins.

Pode dividir-se o stick em duas partes distintas, a pá e o cabo (ilustração 32). A pá é a extremidade

curva do stick, é a superfície que o jogador usa para conduzir a bola. O cabo, por outro lado, é a

maior divisão do stick, sendo a zona que o jogador usa para segurar o mesmo, de forma a executar

os movimentos normais de jogo.

As primeiras pás eram constituídas por uma só peça de madeira, contudo apresentavam reduzida

resistência, acabando por partir facilmente. Actualmente a pá é dividida em duas partes simétricas

construídas em madeira coladas a uma lâmina de material sintético semelhante ao cartão. Desta

forma, a pá resiste melhor aos impactos aos quais está sujeita, bem como à própria flexão.

Os sticks de hóquei em patins são normalmente fabricados em madeira de freixo, a qual possui

propriedades de resistência óptimas em relação ao seu peso, tem excelente resistência ao choque e

33

é facilmente dobrada sob acção do vapor, sendo considerada bastante fácil de manipular, aquando

da fabricação do stick. A colagem e acabamento, na madeira de freixo realizam-se sem dificuldades,

apresentando boa recepção de ceras e vernizes33.

Ilustração 32: Duas partes distintas do "stick".

A máscara de protecção integral da cabeça, o capacete e viseira, utilizados pelos guarda-redes são

constituídos por uma ou duas peças interligadas, fixadas por correias envolventes. Este equipamento

é fabricado em plástico rígido ou outros materiais, como o policarbonato, por apresentar elevada

resistência ao impacto. A velocidade da bola pode atingir 136 km/h e, se embater na máscara de

protecção do guarda-redes, esta tem que ser efectivamente resistente e deve conseguir absorver

parte da energia da bola para minimizar os danos ao atleta. Se estas peças tiverem constituintes em

metal, têm de ser devidamente revestidos (em plástico, couro ou borracha), de modo a não colocar

em perigo a integridade física dos restantes jogadores34.

4.7. Natação Relativamente à natação, ocorreu uma notável evolução no que diz respeito ao equipamento

utilizado, mais propriamente no fato de banho. Há cem anos atrás, os equipamentos utilizados pelos

nadadores da alta competição eram feitos de lã e, nessa altura, as nadadoras competiam com saias.

Com o passar do tempo, a lã foi substituída por seda e, posteriormente, por fibras sintéticas. Em

relação à forma do equipamento, as saias desapareceram, passando-se a utilizar fatos de banho

impermeáveis e mais hidrodinâmicos.

Uma das mudanças mais significativas do fato de banho ocorreu em Fevereiro de 2008 com o

aparecimento do fato “Speedo LZR Racer” (ilustração 33), desenhado pela Speedo e pelos seus

engenheiros. Este novo equipamento tinha como principal função a minimização da vibração dos

músculos e a redução do arrasto através do uso de um tecido almofadado compressível que

optimizava a forma do corpo do atleta. Este fato não tem costuras (para evitar as superfícies

rugosas), são feitos à medida e são constituídos por materiais ultra-leves e hidrofóbicos. O êxito

deste fato de banho foi comprovado nos Jogos Olímpicos de 2008 (em Pequim), onde os nadadores

que usavam o “Speedo LZR Racer” conseguiram bater 23 recordes mundiais e vencer mais de 90%

das medalhas de ouro da natação35.

34

Ilustração 33: Fato de banho “Speedo LZR Racer” .

5. Prevenção e terapia de lesões desportivas Os conhecimentos na área da Biomecânica podem ser amplamente utilizados nos campos da

prevenção de lesões desportivas e na terapia efectiva dessas mesmas lesões, podendo ser utilizados

meios reconstrutivos para esta terapia.

Esta é uma aplicação com especial utilidade da Biomecânica, pois é a que permite ultrapassar as

limitações físicas, sejam elas crónicas ou adquiridas.

Ao nível do desporto, quando ocorre uma lesão, seja ela a nível muscular ou esquelético, os atletas

são sempre confrontados com uma situação na qual ficam limitados fisicamente e portanto não

podem desempenhar a sua actividade a um nível adequado e desejado.

Nestas situações ocasionais, às quais todos os praticantes de qualquer desporto estão sujeitos, a

acção biomecânica e os estudos biomecânicos do funcionamento da anatomia humana são

fundamentais no tratamento correcto e eficaz. Estes tratamentos podem consistir em exercícios que

tenham por base conhecimentos biomecânicos que tem como objectivo maior tratar da área

lesionada e que foi por isso mesmo enfraquecida.

A medicina desportiva disponibiliza muitas vezes no tratamento de lesões desportivas dispositivos

ortopédicos que suportam, amortecem e guiam os movimentos de certas partes do corpo. Exemplos

disso são os pulsos elásticos e joelheiras elásticas que fazem o suporte com uma compressão

indicada, limitando os movimentos e protegendo estas áreas. Estes dispositivos podem ser

fabricados em fibra de carbono, metal, matérias e fibras elásticas ou combinações de materiais

semelhantes a estes36.

35

Ilustração 34: Dispositivo ortopédico para o joelho.

Em casos mais graves, como por exemplo amputações (que podem ter origem em acidentes graves)

ou em situações crónicas, a Biomecânica desportiva põe ao dispor dos atletas próteses, que são um

meio de superar as suas limitações físicas, permitindo a continuidade da sua actividade desportiva.

As próteses utilizadas num contexto desportivo são diferentes das próteses “padrão” utilizadas por

pessoas com alguma deficiência e que não fazem nenhuma actividade a nível desportivo. As

próteses utilizadas pelos atletas são concebidas de modo a optimizar o peso e de forma a ter um

design de acordo com as condições que uma prova de competição exige37.

As próteses desportivamente mais requisitadas são as próteses de pernas utilizadas com muita

frequência por atletas de corrida de velocidade e atletas de salto. Estas têm uma forma que otimiza

a velocidade e a propulsão destes atletas durante as suas atividades. Para outro tipo de provas,

como as provas de corrida de longa distância, as próteses utilizadas têm em linha de conta o

conforto e a resistência.

Ilustração 35: Prótese de uma perna direcionada para o desporto.

36

5.1. Exemplo de Oscar Pistorius Oscar Pistorius é talvez o atleta amputado mais conhecido. Atualmente, trata-se de um corredor sul-

africano que nasceu sem fibula, um osso que tem um papel importante no suporte de um músculo

da “barriga da perna”, tendo por isso no seu primeiro ano de vida que amputar os dois membros

inferiores abaixo do joelho.

Pistorius usa duas próteses de fibra de carbono que combinadas com a ação de física simples do

movimento das próteses, o tornaram num dos mais eficientes corredores do planeta.

Este atleta tem a particularidade de ter atingido tempos mínimos para competir em eventos

desportivos nos quais disputa contra atletas sem nenhum tipo de deficiência física, tendo sido o

primeiro atleta amputado a competir nuns Jogos Olímpicos38.

Ilustração 36: Relação das forças aplicadas verticalmente e horizontalmente entre um atleta não amputado e Oscar Pistorius.

Analisando os dados do gráfico (ilustração 36), pode-se concluir que em relação a atletas não

amputados, Pistorius aplica uma menor força de impulsão na componente vertical, tem um maior

período de contacto com o solo em cada passada mas tem, no entanto, uma frequência de passada

mais rápida que os atletas completamente capacitados.

5.1.2. Será que o facto de utilizar as próteses traz a este atleta algum tipo de

vantagem face aos outros?

Neste ponto há controvérsia em relação ao uso destes componentes biomecânicos artificiais. Há

quem defenda que o facto de a parte amputada ser substituída por algo não orgânico confere uma

vantagem metabólica sobre os atletas completamente capacitados fisicamente.

37

Por outro lado, há também aqueles que defendem que a utilização, em particular, por parte de

Oscar Pistorius, das próteses não é por si só uma vantagem em relação aos outros e que a chave dos

óptimos resultados deste atleta está no controlo mecânico que este corredor tem do seu corpo,

nomeadamente da sua passada e ângulo de inclinação corporal, mantendo-se durante a corrida o

seu centro de gravidade no ponto em que está eminentemente entre cair para a frente e manter-se

controlado.

Esta controvérsia é apenas um dos exemplos dos confrontos de opiniões que actualmente os

avanços da Biomecânica e da tecnologia associada a esta área originam.

Talvez o fator mais relevante no uso da biomecânica no tratamento de lesões seja sua aplicação na

própria prevenção destas lesões, através do melhoramento das técnicas, equipamentos e dos

métodos de treino.

Nesta área, é de extrema importância que os indivíduos que estão mais intimamente ligados à

actividade desportiva (treinadores, professores e atletas) tenham certos conhecimentos de

biomecânica de modo a puderem ser mais correctos na prática das suas funções.

Concluindo, os profissionais da medicina desportiva aplicam princípios da biomecânica para

entender os mecanismos que provocam as lesões e para com estes conhecimentos seleccionarem

protocolos que tenham em vista a sua prevenção39.

38

4. Conclusões Este trabalho permite uma explicação e um conhecimento sobre a Biomecânica aplicada no

desporto, tratando temas como a simulação de novos movimentos e desenvolvimento de novas

técnicas desportivas mais eficientes e mais funcionais, o estudo e compreensão dos movimentos

desportivos, desenvolvimento de projetos e investigação de novos materiais e uma análise dos

processos que originam lesões de modo a melhorar a sua prevenção e tratamento.

Ora, com o progresso da física, matemática, fisiologia, obteve-se uma profunda experiência acerca

do movimento humano sendo, num futuro muito próximo, possível uma maior intervenção mais

particularizada e detalhada no desporto e também em aspetos relacionados com a saúde e bem-

estar.

Assim, a biomecânica define-se como a simbiose da Física, Mecânica com a Anatomia, Vida.

39

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TODOS OS WEBSITES REFERIDOS NA BIBLIOGRAFIA FORAM CONSULTADOS ATÉ AO DIA 18 DE

OUTUBRO DE 2013.