Graduandos: Cristiano Araujo

Metodogia de Ensino de Física I

Docente: Mauricio Pietrocolla Pinto de

Oliveira

Graduandos: Cristiano Araujo Chaves,

Carlos Eduardo Freitas, Marcos Teruo

Momoeda e William Brozio

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Índice Apresentação 3

Orientações Iniciais – como aplicar o módulo 4

Mapa Conceitual 5

Quadro Sintético 6

Sequência Didática – Atividade 1 7

Material do Professor – Conteúdo Teórico 8

Apresentação de Slides com Comentários – Tópico Sistema Esquelético 8

O que é Biomecânica? 8

Mecânica Clássica 8

Correlação da Biomecânica com a Física 9

Força 9

Remodelagem Óssea 10

Osteopenia e Osteoporose 11

Densidade, Massa, Volume 12

Apresentação de Slides com Comentários – Tópico Compressão, tração, cisalhamento, torção, flexão

13

Solicitações Mecânicas 13

Material Adicional 15

Força 15

RELAÇÃO ENTRE FORÇA, POTÊNCIA E RESISTÊNCIA DE FORÇA 15

Força e Potência 16

Ações musculares 16

Biomecânica Óssea 17

Características Histológicas do Tecido Ósseo 17

Prevenção de lesões 22

Sequência Didática – Atividade 2 23

Apresentação de Slides com Comentários – Tópico Centro de Gravidade, Torque e Lei de Hooke 24

Características dos músculos 24

Momento – Como evitar a dor nas costas? 25

Experimentos – Atividade 1 - Experimento sobre densidade 26

Experimentos – Atividade 2 - Experimento sobre descalcificação dos ossos 27

Experimentos – Atividade 3 - Experimento sobre esforços aos quais nossos ossos estão sujeitos 28

Experimentos – Atividade 4 - Experimento sobre centro de gravidade e Lei de Hooke 29

Atividades Extra – Aplicações Clássicas de Exercícios de Física e Biomecânica 31

Referências 34

3

Apresentação

Esse material partiu da necessidade de se estabelecer uma ponte entre o

ensino científico e o meio em que vivemos. Tomando como ponto de partida que o

ser humano é por natureza curioso buscando, desde a mais tenra idade, descobrir o

mundo através da experimentação, usando como objeto primeiro o próprio corpo

como laboratório - portátil, de ilimitadas combinações e de acesso fácil e comum a

todo ser humano -, compartilhamos da área de pesquisa científica, que hoje é

conhecida como Biomecânica, para através da história e das descobertas nessa área,

levar o leitor a apreender conhecimentos científicos de maneira mais natural e

prazerosa.

Podemos dizer que o conhecimento físico tem por objetivo a descrição mais

exata possível de fatos observados ou produzidos a partir de uma teoria pré-

existente e que, geralmente, ele é um corpo articulado de conceitos, leis, princípios,

convenções, que se relacionam por meio de operações lógico-formais e se articulam

por meio de regras matemáticas.

Um conceito científico é a representação de um objeto de conhecimento, que

tem validade em determinadas condições e se caracteriza por participar da

explicação e previsão de diversas situações. Um conceito científico pode ser

expresso por uma frase, por um código gráfico ou matemático e, pode ser formulado

de modo diferente, dependendo do campo conceitual do qual ele faz parte.

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Orientações iniciais e como aplicar o módulo Este material apresenta aspectos peculiares quanto a metodologia de ensino

empregada. A intenção é despertar o interesse e a participação do estudante em todo o processo por meio de exposições (slides e vídeos), questionamentos e atividades experimentais que relacionam o corpo humano e suas inter-relações com a Física e a Matemática.

Ao relacionar a realidade e teoria pretendemos conduzir o estudante à necessidade de estabelecer modelos e a articulação entre as áreas de conhecimento com a qual ele passa a ter contato e sua experiência prévia.

É importante que o professor tenha contato com o material e reproduza os experimentos antes de levá-los à sala de aula. Sendo que o material, aqui apresentado, pode ser utilizado na íntegra ou como parte do processo de ensino-aprendizagem no ensino de Física.

A ideia central é que durante a exposição do material, em forma de slides, as explicações dos mesmos levem o estudante à apreender conceitos básicos como Força, Densidade, Massa, Volume, Compressão, Tração, Cisalhamento, Torção, Flexão, Centro de Gravidade, Equilíbrio e Torque. Ainda que denominações diferentes possam significar a mesma coisa. Nesse ponto a Física é apresentada, inicialmente, de maneira qualitativa e ao mesmo tempo estimulando o desenvolvimento de modelos para aplicar os conhecimentos adquiridos em outras situações semelhantes.

O organograma, apresentado na próxima página, revela um panorama geral do conteúdo deste trabalho.

O material está dividido em duas atividades principais: Biomecânica da Estrutura Óssea e Postura. E cada atividade está dividida em Tópicos e cada Tópico em Momentos. Essa visão geral está resumida em um Quadro Sintético, apresentado na sequência.

Ao final de cada conjunto de momentos é feito um experimento o qual traz à tona uma aplicação a mais dos conceitos abordados em aula, sendo que os momentos são encerrados com uma breve discussão e entrega de questionário sobre as atividades experimentais.

Como a maioria dos Tópicos necessita de mais de uma aula para ser concluído é importante avisar os alunos da necessidade de fazerem anotações e interagirem com o conteúdo apresentado afim de haver uma melhor compreensão e material para ser estudado posteriormente, já que os alunos não receberão nenhum material além do que é fornecido para a realização dos experimentos.

Aqui o professor encontrará, além das explicações de cada slide, material adicional para aprofundar conhecimentos caso haja interesse, bem como uma bibliografia de Biomecânica que pode ser utilizada como fonte de mais inspiração para levar os alunos à articulação entre as diversas áreas do conhecimento.

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Mapa Conceitual Este mapa apresenta, de forma geral, os assuntos que serão abordados e suas

inter-relações e inter-dependências.

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Quadro Sintético Este material apresenta em linhas gerais a sequência de momentos e o tempo

gasto para apresentação dos respectivos tópicos.

Atividades Tópicos Momento Duração

1 Biomecânica da Estrutura Óssea

Sistema Esquelético

O que é Biomecânica?

02 Aulas

Força. O que é? Por que conhecer?

Constituição / Remodelagem Óssea

Osteopenia / Osteoporose

Densidade / Massa / Volume

Experimento sobre densidade.

Experimento com osso de galinha.

Discussão e entrega de questionário sobre atividades

Compressão, tração, cisalhamento, torção, flexão

Solicitações mecânicas

02 Aulas

Vídeo sobre anisotropia (Fraturas)

Experimento com lata de refrigerante e clips

Discussão e entrega de questionário sobre atividades

2 Postura Centro de Gravidade, Torque,

Lei de Hooke

Características dos Músculos. Exercício com elástico

03 Aulas Como evitar a dor nas costas?

Vídeo/Slides sobre dor nas costas e troca de pneu.

Discussão sobre as atividades.

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Sequência Didática – Atividade 1 São considerados conhecimentos prévios:

Sistema Internacional de Unidades;

Equações do 1° grau.

8

Material do Professor

Conteúdo Teórico Apresentação de Slides com Comentários – Tópico Sistema Esquelético

Roteiro

N

º

Slide Conteúdo Explicativo Momento

1

Biomecânica – ferramenta indispensável na determinação dos fundamentos para o planejamento e implementação de um programa de intervenção que otimize as funções motoras com menores sobrecarga e solicitações mecânicas.

O que é Biomecânica?

A Mecânica é a área da Física que estuda o movimento (também conhecida

como Mecânica Clássica ou Mecânica de Newton, é a parte da Física que analisa os movimentos, as variações de energia e as forças que atuam sobre um corpo.

A mecânica se divide e:

a) Estática – que considera os corpos num estado de equilíbrio estático b) Dinâmica – que estuda objetos em movimento acelerado

A dinâmica se subdivide em:

a) Cinemática b) Cinética

Cinemática – ramo da mecânica que descreve o movimento sem se preocupar

Mecânica Clássica

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em analisar as causas deste movimento Grandezas Cinemáticas (lineares) Posição (x, y, z) referencial, deslocamento, velocidade, aceleração Grandezas cinemáticas (angulares) Posição (em graus), deslocamento angular, velocidade angular, aceleração

angular. Cinética – ramo da mecânica que lida com as forças que produzem, detêm ou

modificam o movimento dos corpos inertes ou vivos. Ao aplicar a cinética, o cientista do movimento humano trabalha em especial

com as forças exercidas pela: Gravidade, Músculos, Fricção, Resistência Externa Adicional

Correlação da Biomecânica com Física

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O que é força? É algo capaz de alterar o estado de

movimento. Por que conhecer? Determinação das forças

Identificar os parâmetros dinâmicos que afetam o desempenho humano

Identificar os parâmetros dinâmicos que afetam a sobrecarga

Determinar estratégias de ensino/aprendizagem, treinamento e reabilitação

Assim, ao conhecer as forças envolvidas, as características particulares do indivíduo e as solicitações mecânicas as quais o seu aparelho locomotor está submetido, podemos corrigir movimentos, otimizar o rendimento (desempenho) e reduzir a sobrecarga, isto significa evitar lesões.

Força da musculatura > Peso do objeto => levantamento do objeto

Força da musculatura < Peso do

Força

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objeto => abaixamento objeto Força da musculatura = Peso do

objeto => objeto em equilíbrio

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Llewellyn Starks ao participar de uma competição de triplo salto após uma bateria de treinamentos onde micro-lesões foram geradas na estrutura óssea, sem respeitar o tempo de reposição celular, sofre uma fratura durante a competição. Esse é um caso típico de atleta que não respeitou o limite de carga imposta à sua estrutura, passando do limite de tolerância. Por outro lado temos Jesse Owens que desenvolveu um treinamento adequado à sua estrutura, conquistando várias vitórias frente aos alemães

4

O Triplo Salto tem como objetivo atingir a maior distância possível após três passos e um salto, entre a chamada e a queda, devendo o atleta realizar um salto a pé coxinho (hop), uma passada saltada (step) e um salto final (jump). No “step” o atleta atinge 11 vezes o peso corporal, o que significa que a sua própria estrutura fica sujeita a essa força de compressão. A micro lesão é a resposta a várias cargas pequenas impostas sequencialmente sem reposição do osteoblasto.

5

De forma resumida, a estrutura óssea protege as viceras e é responsável pela locomoção e sustentação do corpo, sendo formada por Cristais de cálcio e em cerca de 95% por colágeno, o que confere à estrutura: elasticidade, deformação, flexibilidade e acúmulo de energia, compondo cerca de 16% da massa corporal total. Como ao longo de toda a vida recebermos várias solicitações mecânicas, torna-se importante conhecer um pouco sobre remodelagem óssea: A Remodelagem Óssea apresenta cinco fases:

1. Dá-se a ativação das atividades multicelulares básicas;

2. Os osteoclastos iniciam a reabsorção óssea;

3. Há uma inversão da proliferação celular, ou seja, os osteoclastos começam a diminuir em número e em função com aparecimento dos osteoblastos;

4. Ocorre a formação óssea; 5. Acontece a mineralização óssea

(mineralização da matriz proteica).

Remodelagem Óssea

11

6

Principais alterações induzidas pelo envelhecimento: - Osteopenia – perda de massa óssea; - Osteoporose – perda de massa óssea e fragilidade acentuada da estrutura óssea com prejuízo da função óssea.

Osteopenia / Osteoporose

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A remodelagem óssea ocorre em todas as fases da vida.

8

A diminuição da massa óssea produz fragilidade e deformação do tecido ósseo.

9

Mulheres no período de pós-menopausa, praticantes de atividade física aumentaram a massa óssea – medida através da densitometria óssea.

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Atletas (mulheres) de nível universitário, apresentam maior densidade óssea vertebral que o grupo controle (sedentárias). Na pós-menopausa esta diferença se acentua. Atividades realizadas no meio líquido não produzem adaptações ósseas significativas, devido à força de empuxo realizada pela água a qual compensa a força da gravidade. Adaptação óssea, remodelagem com ganho de massa óssea, está relacionada com:

Força compressiva;

Frequência;

Alta Intensidade;

Especificidade – exercício específico para cada grupo muscular.

12

11

A tendência da população é tornar-se idosa. Envelhecimento:

Perda de massa óssea;

Redução de resistência mecânica;

Possibilidade de reverter as alterações é pequena;

Há necessidade de controlar as perdas; Aumento dos ganhos musculares é fundamental, para proteger a estrutura óssea.

Atividade 1: Experimento sobre Densidade

Densidade, Massa, Volume

Experimento sobre descalcificação dos

ossos

Discussão e entrega de questionário sobre

atividades

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Apresentação de Slides com Comentários – Tópico Compressão, tração,

cisalhamento, torção, flexão

Roteiro

Nº Slide Conteúdo Explicativo Momento

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Biomecânica do Músculo Esquelético

Os músculos esqueléticos são órgãos constituídos por tecido excitável, capaz de gerar tensão (muscular) de forma ativa.

Os músculos esqueléticos são por isso os principais intervenientes na produção de movimento e na manutenção de posturas do corpo humano.

A principal função do músculo esquelético é transmitir aos ossos a que estão ligados por intermédio de tendões, a força de tração muscular desenvolvida durante a sua contração.

Devido ao braço de força associado a cada músculo, a força muscular é convertida em momento em torno das articulações por eles atravessadas.

Propriedades do Músculo Esquelético

Extensibilidade: Propriedade do músculo esquelético de aumentar de comprimento.

Elasticidade: Propriedade do músculo esquelético de retornar ao seu comprimento inicial após ocorrência de extensão ou de contração.

Irritabilidade: Propriedade de responder ativamente a um estímulo (eletroquímico ou mecânica).

Contratilidade: Propriedade do músculo de se tornar mais curto, produzindo tensão muscular. No entanto a tensão muscular pode ser produzida sem que o músculo se torne mais curto.

Solicitações mecânicas

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Ao submeter a estrutura óssea a cargas conhecidas é possível avaliar as consequências da deformação. Toda carga imposta à estrutura óssea causa uma deformação (mudança nas dimensões) que pode ser representada em uma curva de Pressão x Deformação. Há 2 fases importantes na deformação óssea:

1. Fase elástica – região onde após cessar a força que causa deformação o osso tende a retornar às dimensões iniciais;

2. Fase plástica – região onde passam a ocorrer micro lesões e o osso não retorna às dimensões iniciais, necessitando de um certo tempo para haver reposição do osteoblasto e evitar fraturas por fadiga ou over use.

Ponto de Fratura (limite de tolerância).

14

14

A geometria de aplicação de força mostra diferentes respostas à cargas aplicadas em diferentes direções, também conhecida como Anisotropia. A pressão, tensão, em inglês “stress”, é utilizada para definir a intensidade das forças internas geradas no interior de um corpo pela aplicação de forças exteriores. A tensão é obtida dividindo a força pela área, e tem como unidade força por unidade de área, ou seja, pressão, que no sistema internacional é Pascal ou Newton por metro quadrado. A deformação é a relação entre a variação de comprimento e o comprimento inicial. Sendo uma relação entre comprimentos é por isso adimensional. A relação entre a tensão e a deformação se denomina Módulo de Elasticidade Longitudinal ou Módulo de Young. Este parâmetro mede a rigidez do material, a expressão traduz a Lei de Hooke e como a deformação não tem unidades, o módulo exprime-se nas mesmas unidades da tensão.

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Experimento sobre Esforços

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Vídeo: Lesões nos esportes http://www.youtube.com/watch?v=SjgQc3-A8tY http://www.youtube.com/watch?v=z7RjIa9ydfY&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=z7RjIa9ydfY&feature=related http://www.youtube.com/watch?feature=fvwrel&NR=1&v=E9MEW91jWDU

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O osso só pode ser quebrado em caso de acidente – carga única que passa do limite de tolerância. Micro lesão – várias cargas pequenas impostas sequencialmente sem reposição do osteoblasto. A micro lesão (trauma, fratura por stress, fadiga, over use) pode evoluir até uma fratura exposta. Um exemplo que pode ser mostrado em sala são as solicitações mecânicas às quais uma estrutura óssea estão, constantemente, sujeitas dando exemplo por meio das diferente formas de quebrar um giz.

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Material Adicional

1ª Lei de Newton (Lei da Inércia)

“Um corpo manterá seu estado de movimento (parado ou em velocidade constante) até que forças ajam sobre ele.”

O movimento humano depende da geração de forças.

2ª Lei de Newton (Lei Fundamental da Mecânica)

“A variação no movimento de um corpo depende da soma das forças aplicadas durante um intervalo de tempo.”

3ª Lei de Newton (Lei da Ação e Reação)

“Para cada ação existe sempre uma reação com o mesmo módulo de intensidade e direção, mas com sentido contrário.”

FORÇA A força máxima é um fator importante que influencia o desempenho em diversos esportes. Há milhares de anos, os atletas utilizam o treinamento contrarresistência para aumentar a força na tentativa de melhorar seu desempenho esportivo. Estudos demonstram que atletas utilizavam pesos nas mãos em 708 a.C. para melhorar o desempenho no salto em distância (Minetti e Ardigo, 2002). Os antigos gregos utilizavam estratégias detalhadas de periodização baseadas em ciclos de treinamento de quatro dias, de modo que ocorria apenas uma sessão de treinamento intensivo a cada quatro dias (Sweet, 1987). O uso do treinamento contrarresistência já tem milhares de anos, mas apenas durante os últimos 30 anos essa prática deixou de ser uma busca de um número relativamente pequeno de atletas de força para se tornar um procedimento que faz parte integrante da rotina de treinamento da maioria dos atletas. Embora, historicamente, o treinamento contrarresistência tenha sido considerado como um meio de melhorar a força e o volume dos músculos, hoje a prática é utilizada com o objetivo de aumentar a potência, a velocidade e a resistência; ajudar na reabilitação e na prevenção de lesões; e ajudar na manutenção da função muscular na terceira idade. RELAÇÃO ENTRE FORÇA, POTÊNCIA E RESISTÊNCIA DE FORÇA Força e potência, importantes em muitos esportes, são capacidades relacionadas, porém distintas. Um atleta pode ser forte, mas não potente, embora, para que seja potente, ele deva ser forte. A compreensão da diferença entre essas duas capacidades tem implicações importantes para o planejamento correto dos programas de treinamento contrarresistência para atletas. A força e a resistência estão mais intimamente relacionadas entre si, visto que o atleta mais forte gera determinada quantidade de força com menos esforço do que o atleta com níveis mais baixos de força e, portanto, tem mais resistência.

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Força e potência Força muscular é a quantidade de força (ou torque) que um grupo muscular pode exercer contra uma resistência em um esforço máximo. Potência é a capacidade de gerar níveis altos de trabalho (o produto da força e da distância ao longo da qual a força atua) com rapidez. As capacidades físicas de força e potência são qualidades importantes em muitos esportes. Ações musculares Uma vez ativado, um músculo tentará encurtar e exercer força sobre o tendão; em seguida, essa força é transferida para as estruturas esqueléticas. A resistência encontrada durante a ação muscular determinará o movimento resultante. A seguir, apresentam-se os três tipos de ações musculares:

Contração concêntrica (CON) ou de encurtamento: Ocorre quando a tensão desenvolvida é maior do que a resistência, e o músculo encurta. Essa ação é produzida pela fase de elevação (concêntrica) dos exercícios de treinamento contrarresistência como supino, agachamento e flexão dos braços.

Contração excêntrica (EXC) ou de alongamento: Ocorre quando a tensão desenvolvida é inferior à resistência e o músculo tenta encurtar, mas, na realidade, é alongado. Essa ação muscular é produzida na fase de abaixamento (excêntrica) dos exercícios de treinamento contrarresistência.

Contração isométrica (ISOM) ou estática: Ocorre quando a tensão desenvolvida é igual à resistência encontrada e o comprimento da musculatura permanece essencialmente inalterado. Essa ação muscular é observada quando o indivíduo tenta exercer uma força contra um objeto imóvel, como, por exemplo, uma parede. A ação desempenhada por um grupo muscular durante uma atividade é utilizada para definir seu papel. Existem três papeis diferentes:

Agonista ou motor primário: Esse é o músculo ou grupo muscular causador da ação (p. ex., bíceps branquial durante um exercício de flexão do cotovelo).

Antagonista: Esse músculo ou grupo muscular, localizado no lado oposto da articulação, atua resistindo à atividade (p. ex., tríceps branquial durante um exercício de flexão do cotovelo).

Estabilizador ou fixador: A ação desse músculo ou grupo muscular serve na estabilização das estruturas esqueléticas, de modo que a tensão pode se desenvolver efetivamente pelo motor primário. Por exemplo, a musculatura em torno das articulações do punho e ombro irão se contrair isometricamente durante a realização de um exercício de flexão dos cotovelos, para estabilizar as estruturas esqueléticas, de modo que o grupo do músculo bíceps branquial possa gerar força efetivamente.

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Biomecânica Óssea

O osso aparenta ser tecido morto ou pedaço de mineral seco.

Porém, uma das principais propriedades do osso é sua força e dureza. No entanto,

tecido ósseo é também elástico; isto é, quando submetido à ação de uma força, sofre

uma deformação; mas, cessando essa força volta ao seu estado inicial, ao contrário dos

corpos plásticos que, submetidos à ação de uma força se deformam, e cessada essa

força não voltam mais ao seu estado inicial. A propriedade elástica do osso lhe permite

suportar, até certo ponto, forças de compressão e de tração sem sofrer fratura. Quando

um corpo elástico é submetido a uma força de tração, ele sofre um certo alongamento.

Se a força de tração for maior, o alongamento sofrido também será maior, ou seja, o

alongamento sofrido pelo corpo é proporcional a intensidade da força aplicada.

Portanto, para os corpos elásticos, existe proporcionalidade entre as forças

aplicadas e as deformações produzidas. Este é o enunciado da lei de Hooke, segundo a

qual, se as forças forem aumentadas, o corpo sofre rotura: este é denominado ponto de

rotura, podendo o sistema ósseo suportar sobrecargas muito grandes, como aquelas

que ocorrem na prática esportiva. Por isso, acontece a elevação na densidade óssea em

relação aos indivíduos não atletas, necessitando de uma organização microscópica e

macroscópica que consiga dissipar o máximo possível esta força que, em muitos casos,

chega a ser destrutiva, a exemplo dos saltos, que verificam, através de modelos

matemáticos, que seis saltos seriam o suficiente para causar fratura óssea, orientando

assim que se invistam estudos sobre os calçados e outros suportes que possam reduzir

as fraturas.

Outro exemplo que envolve uma sobrecarga que atinge níveis muito altos para o

sistema ósseo é o salto triplo; no segundo salto, a reação do solo sobre o centro de

gravidade do atleta chega a onze vezes o peso corporal. Prova disso foi o caso do

triplista americano Stark, que, ao realizar um de seus saltos, próximo às Olimpíadas de

1992 em Barcelona, produziu uma fratura exposta da tíbia, um osso considerado de alta

resistência por sua constituição e forma. Estes exemplos nos apresentam um osso com

uma ruptura provocada por um esforço de alta magnitude.

Características Histológicas do Tecido Ósseo

Matriz Inorgânica

Cristais de Cálcio (carbonato e fosfato de cálcio) – dão rigidez ao osso e são

responsáveis pela resistência à compressão.

Matriz Orgânica

Colágeno (95%) – dá elasticidade ao osso e contribui para a resistência à tração.

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Substância fundamental amorfa (5%) – glicoproteínas.

Células

Célula osteogênica

(desenvolve-se

em osteoblasto)

Osteoblasto

(forma o tecido ósseo,

produz matriz orgânica)

Osteócito

(Mantém o tecido ósseo)

É osteoblasto que perdeu a função

principal ficando preso na própria

estrutura, manutenção da matriz.

Osteoclasto

(Atua na destruição da matriz

óssea e, posteriormente, reabsorvem

a matriz, “remodelando” o osso)

Devido à diminuição da atividade

Hormonal, mais evidente na 3ª idade,

onde há diminuição do estímulo mecânico.

Secreta o material da matriz óssea pelo rim.

Responsável pela renovação da atividade óssea.

19

O osso é um material anisotrópico, isto é, resiste de maneira diversa à cargas

aplicadas em diferentes direções.

Medida do módulo de elasticidade ou módulo de YOUNG

20

O músculo precisa então ser preparado para proteger o aparelho locomotor.

**Qual atividade é ideal para estimular o aumento da massa óssea?

Um estudo de Drinkwater (1994) analisou a densidade óssea vertebral em 3 situações:

Nadadores apresentam osteopenia; quanto mais osso tem, mais afunda.

Médicos recomendam hidroginástica para idosos com osteopenia, mas eles não vão

ganhar massa óssea. Os idosos perdem massa óssea em decorrência da idade.

** Por que o exercício na água não produz adaptação óssea significativa?

Há na água força de empuxo agindo junto com a forca da gravidade. Quanto maior o

volume, mais empuxo ha. Não há sobrecarga externa, mas ha interna.

Quanto à adaptação óssea, astronautas excretavam cálcio na urina em cerca de 25%, o

que pode gerar insuficiência renal crônica. Na micro gravidade, os exercícios vigorosos

não foram suficientes para prevenir perda óssea.

Animais submetidos à centrifugação diminuíram sensivelmente a perda de massa óssea.

Isso porque há simulação da força de gravidade.

O osso exige força compressiva, há relação com a gravidade, portanto.

O osso distingue forças de compressão e tração através da piezoeletricidade.

Cristais mudam seu comportamento eletromagnético; o osso também apresenta cristais

(os de hidroxiapatita).

EXERCÍCIO INTENSO

TÉCNICA DE MOVIMENTO

RENDIMENTO SOBRECARGA

↓ ABSORÇÃO DE CHOQUE

↑ SOBRECARGA

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COMPRESSÃO → carga negativa → construção TRAÇÃO → carga positiva → reabsorção

O osso reage bem à compressão em alta freqüência e também intensidade e

especificidade.

**Qual seria a intensidade ideal?

O que seria uma intensidade alta? Pode-se fazer o teste de carga máxima ou teste de

repetição máxima, entretanto, isso não daria certo para o osso, porque precisa ser

normalizado.

A relação da intensidade e relativa, depende do sujeito. Para alguém extremamente

sedentário, só a caminhada já traria grandes benefícios. Para o sujeito que costuma

andar frequentemente, uma atividade de alta intensidade seria o jogo, por exemplo.

Ponto limite e área fisiológica do osso nunca se aproximam, a distância entre os dois se

mantém. Devemos quebrar a homeostase óssea.

Estudos com animais:

Metodologia: 5 porcos nadaram 40km/semana, com intensidade variando entre 65-80%

da frequência cardíaca máxima durante 12 meses.

“Natação” com animais – jogar o animal na água e quando ganha proficiência é

acrescido lastro para forçar o animal.

22

Resultados: Remodelagem óssea, aumento na espessura do osso compacto associado

com aumento da resistência mecânica.

A proporção continua a mesma o que muda é a ação osteoblástica provocando aumento da massa óssea.

Prevenção de lesões

O treinamento de força pode reduzir o risco de lesão por diversos modos. A maior força muscular aumenta a estabilidade das articulações, o que funciona dissipando níveis elevados de força de reação articular durante tiros de velocidade explosivos, saltos aterrissagens e movimentos de grande agilidade. As estruturas de tecido conjuntivo (tendões, ligamentos, ossos) se adaptam ao treinamento de força, o qual também aumenta a rigidez dos tendões e a densidade mineral óssea. Em conjunto, esses dados demonstram que o treinamento de força leva a adaptações do tecido conjuntivo que, em última instância, reduzem o risco de lesão.

23

Sequência Didática – Atividade 2 São considerados conhecimentos prévios:

Sistema Internacional de Unidades;

Leis de Newton;

Centro de Gravidade.

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Apresentação de Slides com Comentários – Tópico Centro de Gravidade, Torque e

Lei de Hooke

Roteiro

Nº Slide Conteúdo Explicativo Momento

18

Métodos de Treinamento - Individualização do exercício para cada tipo de pessoa, adequado a intensidade do exercício com o biótipo, idade e condicionamento de cada pessoa. É importante procurar sempre superar a homeostase (equilíbrio) do indivíduo para sempre ter estímulos, mantendo contínua a atividade de remodelagem óssea, favorável à qualidade de vida. Componente elástico do músculo amortece o impacto não permitindo que o mesmo chegue ao limite na estrutura óssea. O músculo é um amortecedor muito eficiente.

Características dos músculos

19

Atividade sobre Centro de Gravidade e Lei de Hooke O Slackline é um esporte praticado sobre uma fita esticada entre dois pontos distantes, de forma que o praticante ande sobre a fita com extremo equilíbrio, fazendo com que seu corpo movimente-se como um todo, reajustando o seu centro de gravidade afim de manter o equilíbrio.

Como evitar a

dor nas costas?

25

Momento – Como evitar a dor nas costas?

Iniciando com um vídeo com uma pessoa com dor nas costas após um longo período sentada em frente ao computador, lançamos as questões: Como não ter dor nas costas? O que gera a dor nas costas?

Pense...

Logo passamos ao próximo passo da sequência: Um vídeo de uma pessoa trocando o pneu de um carro e outro com uma pessoa trocando o pneu de um caminhão. Qual a diferença? O que muda em cada uma das situações?

Explanamos o conceito físico de torque levando-os a construírem a relação entre Força e distância do ponto de aplicação da Força em relação ao ponto resistente (Torque=Força x Distância) e apresentamos a denominação de Alavanca.

Voltamos à situação-problema inicial: O que gera a dor nas costas? E como não ter dor nas costas?

Apresentamos a distância entre o ponto de apoio (osso Sacro) e a ação da força de gravidade no centro de massa de uma pessoa sentada em uma cadeira.

Com isso, mostramos que na posição sentado há um torque gerado pela aplicação da força da gravidade (P) no corpo, e que o que impede de cairmos com a cara na mesa, literalmente, é a força exercida pela musculatura lombar (F), a qual comprime os discos da coluna e por ser solicitada uma tensão por um longo período provoca a dor na região lombar.

É importante levá-los a pensar na resposta à segunda pergunta: Como não ter dor nas costas, usando os novos conhecimentos adquiridos de Física?

A resposta está em diminuir o torque, ou seja, a distância d que provoca o torque, aproximando a ação da força da gravidade do ponto de apoio – dando aquela escorregadinha que os pais e professores tanto criticam. Claro, uma segunda opção seria fazer exercícios para o fortalecimento da musculatura lombar e o uso de uma cadeira que respeitasse a curvatura natural da coluna.

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Experimentos – Atividade 1 I. Experimento sobre densidade

Materiais usados: · Aquário pequeno ou tapuer transparente; · 4 copos descartáveis de 50ml; · 2 cores diferentes de anilina (azul e vermelha); · Fita adesiva. · Água: na temperatura ambiente; quente; gelada. Execução:

Fazer um furo pequeno na lateral de 2 copos;

Fixar os 2 copos com fita adesiva, em posições opostas, dentro do tapuer;

Encher o tapuer de água na temperatura ambiente, até a altura dos copos;

Colocar água quente em 1 copo e misturar com bastante anilina azul;

Colocar água gelada em 1 copo e misturar com bastante anilina vermelha;

Derramar o conteúdo dos copos, ao mesmo tempo, em cada um dos copos fixados no tapuer. Colocar a mesma quantidade de água em cada um dos copos;

Observar o que acontece.

Questões: (Estas respostas poderão ser respondidas com dados coletados durante o

experimento, pesquisas no livro e pesquisas na internet).

(Grupos de 2 pessoas)

1- O que aconteceu no experimento?

2- Neste experimento temos Densidade, Massa e Volume em cada um dos copos dentro

do tapuer. Qual deles varia de um copo pro outro?

3- Sabendo que a grandeza que varia chamamos de variável e a grandeza que não varia

chamamos de constante, escreva uma relação entre a variável e as constantes deste

experimento.

4- Explique cada uma das grandezas utilizadas neste experimento - Densidade, Massa e

Volume?

5- Analisando esse experimento a que conclusão você chegou?

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Experimentos – Atividade 2 II. Experimento sobre descalcificação dos ossos

Materiais usados: · Frasco de vidro com tampa; · Um osso de frango não cozido; · Vinagre/Coca-cola; · Copo graduado em mililitros. · Balança digital de cozinha. Execução:

Colocar o osso (seco) na balança e anotar a massa medida;

Colocar o osso (seco) dentro do copo graduado com água e anotar a diferença de volume;

Colocar o osso no frasco de vidro e cobrí-lo com vinagre/coca-cola;

Fecha-se o frasco com a tampa e deixa-se em repouso durante sete dias; Osso e vinagre feito dia: ________/_________/________ Osso e coca-cola feito dia: ________/_________/_______

· Após 7 dias verificar, se o nível vinagre/ coca-cola baixar complete-o novamente até

cobrir o osso.

Questões: (Estas respostas poderão ser respondidas com dados coletados durante o

experimento, pesquisas no livro e pesquisas na internet).

(Grupos de 2 pessoas)

1- Qual a densidade do osso?

2- Qual o resultado esperado para esse experimento? Como isso irá ocorrer?

3- Qual o resultado obtido após o sétimo dia do preparo do experimento?

4- Em quantos dias obtivemos um resultado visível?

5- Analisando esse experimento a que conclusão você chegou?

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Experimentos – Atividade 3 III. Experimento sobre esforços aos quais nossos ossos estão sujeitos

Materiais usados:

· Lata de refrigerante;

· Clips de 2 ou 3 tamanhos diferentes.

Execução:

Enquanto os experimentos são feitos, preste muita atenção às características e

diferenças dos materiais utilizados e como reagem aos diferentes tipos de esforços.

· Tentar comprimir, tracionar, torcer, amassar a lata de refrigerante, antes de abrir;

· Abrir a lata e beber o refrigerante;

· Tentar, novamente, comprimir, tracionar, torcer, amassar a lata de refrigerante -

primeiro longitudinalmente e depois lateralmente. Prestar muita atenção na posição das

suas mãos e dos seus braços ao realizar cada uma das ações acima. Se for possível,

repetir várias vezes o movimento;

· Pegar os clips e tentar comprimir, tracionar, torcer, amassar, primeiro

longitudinalmente e depois lateralmente. Se for possível, repetir várias vezes o

movimento;

· Comparar as observações feitas.

Questões: (Estas respostas poderão ser respondidas com dados coletados durante o

experimento, pesquisas no livro e pesquisas na internet).

(Grupos de 2 pessoas)

1- A quais esforços os nossos ossos estão sujeitos?

2- Segundo as suas observações, coloque em ordem crescente de dificuldade os

esforços aos quais os nossos ossos estão sujeitos?

3- Em relação aos testes feitos com o clips, comparando com a lata de refrigerante,

houve alguma diferença quanto ao limite na solicitação de esforços?

4- A posição das suas mãos e braços influenciou cada uma das ações, esforços

aplicados?

5- Reunindo as suas experiências e seus conhecimentos de Física e Biomecânica

relacione compressão com um modelo matemático.

6- Reunindo as suas experiências e seus conhecimentos de Física e Biomecânica

relacione torção com um modelo matemático.

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Experimentos – Atividade 4 IV. Experimento sobre Centro de Gravidade e Lei de Hooke

Materiais usados:

· Pedaço de carpete, aproximadamente 4m x 50cm, papelão ou duas toalhas;

· Kit Slackline com 15mx50mm;

·Duas árvores ou pontos distantes, 10 a 15m, para ancorar o kit;

·Balança de banheiro;

·Trena de, pelo menos 5m.

Execução:

Enquanto os experimentos são feitos, preste muita atenção às características e

diferenças nas posturas do corpo.

· Antes de colocar a ancoragem colocar proteções nas árvores. Fixar a,

aproximadamente, 30cm do piso;

· Prestar atenção quando passar a fita pelo sistema de travas. Tem que passar pelas duas

peças metálicas;

· Procurar o lado correto da fita. Cuidado para não girar a fita;

· Puxar o gatilho para destravar a alavanca. Comece a tracionar a fita;

· Após tencionar a fita trave a catraca. Confira os dois pontos de fixação para ver se

estão bem ajustados à árvore para evitar que a fita escorre durante a utilização;

· Meça a distância entre os dois pontos de fixação;

· Suba na Slackline, caminhe até a metade da distância entre os pontos de fixação e

meça a distância entre seu pé e o piso e anote a medida, bem como a massa da pessoa

que está sobre a Slackline;

· Repita o passo anterior para todos os alunos da turma;

· Reunam os dados, montem um gráfico (Força Peso x Distância) e encontrem a

constante elástica da Slackline.

Questões: (Estas respostas poderão ser respondidas com dados coletados durante o

experimento, pesquisas no livro e pesquisas na internet).

(Grupos de 2 pessoas)

1- O que impedia as pessoas de permanecerem paradas em cima da Slackline?

2- Onde se localiza, aproximadamente, o Centro de Gravidade das pessoas?

3- Que característica, semelhante à dos músculos, permite que a Slackline se deforme

quando alguém está sobre ela e depois retorne à forma original?

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4- Com base nas atividades feitas sobre a Slackline e suas observações construa um

modelo geométrico, um desenho, que descreva uma pessoa em equilíbrio e, outro

desenho que descreva, uma pessoa fora da posição de equilíbrio.

5- Ao caminhar, correr, saltar a posição do Centro de Gravidade é alterada? Se sim,

como a pessoa pode recuperar o equilíbrio?

6- Cite pelo menos 20 situações do dia a dia em que utilizamos os princípios estudados

até agora – Densidade, Anisotropia, Compressão, Tração, Cisalhamento, Torção, Flexão,

Centro de Gravidade e Lei de Hooke. Monte uma tabela (Princípio x Aplicação)

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Atividades Extra – Aplicações Clássicas de Exercícios de Física e Biomecânica

1) Uma pessoa inicialmente em repouso salta de uma altura de 9,5m. Considerando que sua massa e igual a 65 kg, e que ela e desacelerada em 0,006 s, calcule:

a) Qual a desaceleração sentida pela pessoa devido ao choque com o solo;

b) Qual a força sentida devido ao choque?

c) Qual a variação do momento linear?

d) Qual o impulso sofrido?

e) Considerando que a pessoa não flexiona as pernas ao cair e que todo o impacto seria absorvido pela tíbia (seção reta de 3 cm²), cujo o módulo de Y oung é 1,7 x 108N/m², as pernas quebrariam devido a queda? Obs: A força de compressão máxima suportada pelo osso pode ser estimada por A x Y.

2) O módulo de Young de um osso compacto é 180 x 108N/m². Qual o encurtamento relativo do comprimento desse osso, se sobre uma de suas extremidades for apoiado uma massa de 70 kg, considerando a área da seção média do osso igual a 0,0027m².

3) Considere os esquemas da figura 1 onde se encontram representados os ossos da anca, bem como as força que lhe estão aplicadas quando o indivíduo se mantém apoiado apenas num pé (situação que acontece quando o indivíduo anda vagarosamente).

Admita que o peso total do corpo é W e que o peso da perna é cerca de 0.185W. Use os valores apresentados na figura para calcular a força muscular, Fm, e a força na articulação, FR em função do peso total do corpo.

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4) Responda às seguintes questões:

a) Explique porque razão, quando um indivíduo se encontra de pé, a sua estabilidade aumenta quando as pernas se encontram afastadas.

b) Calcule qual a força necessária para derrubar um indivíduo de massa 70 kg que se encontre de pé, com os pés afastados de 0.9 m (ver figura 2). Assuma que o indivíduo não escorrega.

5) Sabendo que o diâmetro do bíceps é 8 cm e que o músculo pode produzir uma força de 70 N por cada centímetro quadrado de área, determine o peso máximo que o braço suporta na posição da figura 3.

Considere a figura anterior. Imagine-se que a meio do antebraço (a 20 cm do fulcro) se pendura uma massa de 14 kg. Qual será a força exercida pelo bíceps? E qual a força na articulação?

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6) Atendendo à figura 4, calcule a força na tíbia e no tendão de Aquiles em função do peso do indivíduo, na circunstância apresentada. Sugestão: considere o fulcro no ponto de contato da tíbia.

7) Calcule a altura máxima a que um corpo de 1 kg pode cair sobre a cabeça de um indivíduo para que não cause fratura do crânio. Para resolver o exercício assuma que a área de contato entre o objeto e a cabeça é de 1 cm² e que a duração do impacto é 10-

3s. Se necessário use as informações da questão 1.

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Referências:

Adams MA, Dolan P. Spine biomechanics. Journal of Biomechanics. 38:1972-83, 2005.

Adrian MJ, Cooper JM. Biomechanics of human movement. Indianapolis, Indiana,

Benchmark p. 772, 1989.

Amadio AC, Barbanti VJ. A Biomecânica do movimento humano e suas relações

interdisciplinares. Editora

Estação Liberdade: São Paulo, 2000.

Amadio AC, Duarte M. Fundamentos biomecânicos para a análise do movimento.

Universidade de São

Paulo, USP, 1996.

MOORE, K.L. Coluna Vertebral. In: ___. Anatomia Orientada para a Clínica. 3. ed.

Rio de Janeiro, 1994. p. 288-313.

http://www.gibbonslacklines.com.br/sobre1.html

Vídeos:

Vídeo Compressão Discal:

http://www.spinalcare.com/3d_spine/subluxation_degeneration/index.htm

Stress x Strain – Diversos Materiais:

http://www.absoluteastronomy.com/topics/Yield_%28engineering%29

Biomecânica do chute frontal do karatê: http://pt.scribd.com/doc/14888059/CEFET-RN-

abiomecanicadoChutefrontaldoKarate

Slackline - http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=4DpIY7PviXc

Montagem da Slackline - http://slacknordeste.blogspot.com.br/2010/06/montando-o-

kit-de-slackline.html

Caminhando na Slackline - http://www.gibbonslacklines.com.br/sobre4.html