A ANLISE BIOMECNICA EM NATAO * .Dr. Salvador Plana Belloch Faculdade de Cincias da Atividade Fsica e o Esporte. Universitat de Valencia

1 INTRODUOA Biomecnica Desportiva uma cincia de consolidao no mbito cientfico internacional ainda muito recente. Seu objetivo duplo: por um lado a melhora do rendimento desportivo e, por outro, a preveno de leses. Para conseguir estes dois objetivos, se centra na otimizao da tcnica desportiva e do material e equipamento utilizado pelos desportistas. Centrando-nos na natao, a Biomecnica Desportiva proporciona conhecimentos de aplicao geral s atividades aquticas (por exemplo, o Princpio de Arquimedes para explicar a flutuao) e conhecimentos de aplicao especfica (por exemplo, trajetrias e velocidades da mo durante a trao em qualquer dos estilos de competio). Ademais, como todas as cincias, proporciona um instrumental de medida que permite a anlise e a avaliao da atividade natatria dos desportistas. Tradicionalmente, o dito instrumental foi muito caro e de difcil manejo, pelo que somente tem estado ao alcance de determinados centros de investigao (Centros de Alto Rendimento Desportivo, Faculdades e INEFs), mas desde faz uns anos esto aparecendo no mercado instrumentos de menor custo e de fcil manejo, o que faz possvel sua aquisio por parte de entidades com melhores recursos econmicos. Na presente conferncia se pretende dar uma viso ampla das contribuies que a Biomecnica Desportiva pode proporcionar ao mundo das atividades aquticas e da natao desportiva. Para isso, o texto se apresenta em duas partes; a primeira proporciona os conceitos biomecnicos bsicos que justificam o desempenho humano no meio aqutico e, a segunda, apresenta o instrumental de medida mais freqente utilizao no estudo de dito desempenho.

2 CONCEITOS BIOMECNICOS BSICOS DO NADOdizem que 65% de ns gua, mas quando o ser humano se introduz no meio aqutico se encontra num elemento estranho para o que estamos pobremente desenhados e onde nossa locomoo pouco eficiente. Os peixes e outros animais marinhos esto equipados com aletas 1 que so relativamente pequenas em comparao com o tamanho de seu corpo, os humanos tem os membros superiores e inferiores

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Artigo Disponvel on line via: http://www.notinat.com.es/docs/analisis_biomecanico_en_natacion.pdf, traduo Leonardo Delgado, 11/02/2006. 1 Membranas erctiles e dobrveis coladas ao corpo dos peixes; utilizadas para propulsar-se e para manobrar.

longos e delgados que proporcionam muito pouca superfcie com a que interagir com o gua. (COUNSILMAN & COUNSILMAN, 1994).

O pargrafo anterior expe a evidncia de que o ser humano no est desenhado para a locomoo no meio aqutico. No obstante, a necessidade de cruzar rios, adentrar-se no mar, etc. obrigou ao ser humano a introduzir-se neste meio estranho. Como exemplo destas incipientes incurses no meio aqutico se pode destacar que no Museu Britnico h uma vasilha asiria que data de 800 a.C. que mostra trs guerreiros cruzando a nado um rio. Atualmente, o nmero de atividades que se realizam na gua imenso, incluindo atividades de carter competitivo, recreativo e teraputico. No entanto, no sempre foi to recomendado e aceitado pela sociedade, como pe de manifesto o Dicionrio Mdico Londrino de BARTHOLOMEW PARR (1902): O nado um exerccio laborioso que no deve ser realizado at a exausto. No natural para o homem.... O ineficiente desempenho do ser humano no meio aqutico se deve s caractersticas prprias da gua: um fluido denso e viscoso, no que resulta difcil aplicar foras propulsivas e onde as foras de resistncia ao avano so muito potentes. Para ter um bom entendimento da locomoo humana no meio aqutico, necessrio conhecer que foras se pem em jogo quando este se submerge em seu interior. A figura 1 mostra as quatro foras que regem o nado do ser humano: a fora peso e o empuxo hidrosttico determinam a flutuabilidade do nadador, enquanto as foras propulsivas e de resistncia determinam sua velocidade de nado.

Figura 1.

A seguir se explicaremos, com mais de detalhes, como interagem estas quatro foras durante o nado.

2.1 FlutuaoA flutuao de um corpo na gua depende das foras que se apliquem num instante dado. Em repouso, a flutuao vem determinada pelo Princpio de Arquimedes, segundo o qual, todo corpo submerso num fluido experimenta um empuxo vertical (direo) e ascendente (sentido) igual ao peso do volume de fluido desalojado. Dito empuxo se denomina empuxo hidrosttico (Eh). Conseqentemente, quando uma pessoa se introduz no meio aqutico, e no realiza nenhum movimento, sua flutuabilidade depende de seu peso e do empuxo hidrosttico: quando o peso seja maior que o empuxo hidrosttico se afundar e quando for menor boiar. As equaes 1 e 2 mostram como, sendo a gravidade (g) e o volume do corpo e de gua desalojada iguais, o que determina a flutuabilidade de um corpo a relao de densidades. Ec.1: Eh = magua g = vagua Pgua g Ec.2: P = mcorpo g = vcorpo Pcorpo g vagua = vcorpo g=g pfluido pcorpo A densidade da gua varia ligeiramente com a temperatura, mas pode considerar-se prxima aos 1000 kg/m3. Aqueles corpos que tenham densidades superiores se afundaro, enquanto os que tenham densidades inferiores boiaro. O corpo humano no tem uma densidade homognea, seno que existem diferenas importantes entre os diferentes tecidos que o formam. O mais denso o tecido sseo, com uns 1800 kg/m3, tecidos como o muscular, o tendinoso e o ligamentoso possuem densidades ligeiramente superiores s da gua, uns 10201050 kg/m3, e, o nico tecido menos denso do que o gua, o tecido adiposo, com uma densidade de uns 950 kg/m3. Portanto, o ser humano deveria afundarse sempre por que no ocorre isto? A resposta h que a procurar no ar localizado em pulmes e vias respiratrias, j que a densidade do ar umas mil vezes menor do que a do gua, isto , 1 kg/m3. Desta maneira, os pulmes atuam como bias: durante a inspirao se incham e durante a expirao se desincham. Portanto, a habilidade o ser humano para boiar (flutuao passiva) depende, basicamente, de sua habilidade para expandir sua caixa torcica (figura 2).

Figura 2.

Como mostra a figura 3, o peso e o empuxo hidrosttico se aplicam em pontos diferentes: o peso se aplica no centro de gravidade, enquanto o empuxo hidrosttico se aplica no centro de flutuao ou de carena. Desta maneira, um corpo em posio ventral se v submetido a um momento tensor (par de foras) que obriga ao corpo a girar at que as linhas de ao das duas foras mencionadas sejam condizentes, coisa que ocorre quando o corpo fica em posio vertical e, sempre, com o centro de gravidade por embaixo do centro de flutuao.

Figura 3.

2.2 Resistncia que Ope a gua ao Avano do Ser Humano Em Seu InteriorA resistncia uma fora com a mesma direo e sentido contrrio ao avano, de maneira que dificulta ou impede o deslocamento de um corpo no seio da gua. Quando o nadador se desloca na gua aparecem trs tipos de resistncias: resistncia de forma, resistncia por mar agitado e resistncia por frico. 1. Resistncia de forma ou presso. a mais importante das trs e devida a do que durante o nado se gera uma zona de alta presso adiante do corpo e outra de baixa presso por trs dele. Dito gradiente de presses freia o avano do corpo (figura 4). Isto devido principalmente a que o gua deixa de fluir laminarmente, aparecendo fluxos turbulentos.

Figura 4.

Este tipo de resistncia pode quantificar-se mediante a equao 3 (formulada por Newton no s.XVIII), e que relaciona as diferentes variveis que intervm. Ec. 3: Rde forma = S Cx V2 p Onde:S = superfcie frontal de contato Cx = coeficiente de forma ou penetrabilidade V2 = velocidade, elevada ao quadrado. p = densidade

Esta equao adequada para medir a resistncia passiva, isto , quando o nadador mantm uma posio fixa e arrastado por algum mecanismo. No entanto, durante o nado os nadadores continuamente mudam o alinhamento de seu corpo e as posies de seus membros inferiores e inferiores. Por isso, para medir a resistncia ativa h que mudar S pela chamada rea superficial corporal A .Com isto, o Cxse transforma no coeficiente de resistncia ativa, CDa (este coeficiente se calcula a partir do denominado nmero de Froude. Em general, a maior nmero de Froude menor resistncia ativa e vice-versa): Ec. 4: Ractiva = S CDa V2 p Dado que a densidade no pode modificar-se (s um pouco com a temperatura) e a velocidade no interessa diminu-la, seno tudo o contrrio, para diminuir a resistncia de forma h que tentar diminuir o coeficiente de resistncia e a superfcie frontal. Isto se consegue, basicamente, com um bom alinhamento do corpo, tal e como mostra a figura 5. Ademais, os nadadores podem experimentar certo nvel de elevao hidrodinmica, o que diminui a superfcie de choque com o gua (TAKAGI & SANDERS, 2000). Do mesmo modo, um incremento da flutuao devido ao uso de trajes de neopreno pode diminuir a resistncia nuns 15% (TOUSSAINT e cols. 1988). No dado oposto, um excessivo volume muscular pode ser contraproducente, j que aumenta a citada superfcie frontal efetiva. Isto pode justificar o fato de que muitos nadadores pioram suas marcas depois de perodos de treinamento da fora em seco: os ganhos em fora no compensam o aumento de resistncia associado ao incremento de volume muscular.

Figura 5.

2. Resistncia devida ao mar agitado. um tipo de resistncia que aparece quando um corpo se move na interfase da gua e o ar, pelo que no existe nos deslocamentos subaquticos. As velocidades baixas pouco importante, mas a altas velocidades pode chegar a converter-se na resistncia mais importante (KREIGHBAUM & BARTHELS, 1990). devida ao choque do nadador com a massa de gua das ondas que se formam como conseqncia de seu avano e, especialmente, dos movimentos ascendentes-descendentes dos segmentos corporais. Durante o nado subaqutico depois das sadas e as viradas, no aparece este tipo de resistncia. Os estudos de LITTLE & BLANKSBY (2000) indicam que a profundidade tima deve oscilar entre 035-045 metros. Por outro lado, os estudos do prprio BLANKSBY (2000), e de SHIMIZU e cols. (1997), demonstram que a resistncia ao avano durante o nado subaqutico diminui, somente, a velocidades superiores a 1,9 m/s. Aplicando a lei de ao-reao (terceira lei de Newton), ao chocar o corpo do nadador com as ondas, o gua ser deslocada para diante enquanto o nadador ser deslocado para atrs. A perda em velocidade que experimentar o nadador ser equivalente quantidade por enquanto (P = m v) que este lhe aplique massa de gua que desloca para diante. Ao igual que ocorre com a resistncia de forma, uma boa tcnica diminui o mar agitado e, como conseqncia, a resistncia associada ao mesmo. Assim, para dois grupos de nadadores com diferente nvel tcnico que nadam mesma velocidade, o mar agitado menor no grupo de maior nvel tcnico (TAKAMOTO, OHMICHI e MIYASHITA, 1985). Paradoxalmente, certo nvel de mar agitado pode ser positivo no caso do estilo crawl, j que a depresso de gua criada ao redor da cabea facilita a respirao. A esta depresso de gua se lhe denomina o bolso de ar, e tanto maior quanta maior a velocidade de nado. 3. Resistncia por frico ou devida ao arraste viscoso (superficial). a menos importante das trs e, no entanto, a que mais a revolucionado a esttica dos nadadores; durante dcadas ao incitar-lhes depilacin e, atualmente, ao desenvolver-se mais de corpo inteiro. Seu valor dependente da quantidade de superfcie em contato com o gua, da viscosidade do gua (que pode modificarse ligeiramente com a temperatura), do coeficiente de frico da pele, cabelo e mai, e da velocidade de nado. Os atuais mais de pele de tubaro permitem diminuir a resistncia por frico em cerca de um 8%. Esta reduo devida ao efeito Riblet, isto ; a pele do tubaro dispe de uns microscpicos dentculos (figura 6) que originam vrtices verticais ou espirais de gua, que permitem manter esta cerca da superfcie evitando assim a apario de zonas de baixa presso e fluxos turbulentos. A investigao e desenvolvimento da pele de Riblet foi levada a cabo no Langley Research Center da NASA na dcada dos 80, e posta em prtica pela

primeira vez no barco Varras e estrelas que ganhou a Cpa Amrica de 1987. Durante mais de uma dcada os pesquisadores tentaram aplicar ditos conceitos aos trajes de nado, mas s recentemente se desenvolveram trajes realmente eficazes.

Figura 6.

2.3 PropulsoNa maioria de livros e artigos que tratam sobre o tema, aceita-se que so dois as leis do movimento que justificam a propulso dos nadadores: a lei de ao-reao e o teorema de Bernouilli. No entanto, ainda existe certa controvrsia com respeito a sua contribuio, especialmente desde que em meados de 1980 se postulou a possibilidade de gerar propulso em base formao de vrtices (COLWIN, 1984, 1985). Grande parte da investigao em biomecnica do nado da ltima dcada foi encaminhada a desvelar este problema (Arellano, 1996) mas ainda estamos longe de uma teoria unificada que explique a propulso humana no meio aqutico. A seguir se far um breve repasso histrico de como foram surgindo as diferentes hipteses citadas no pargrafo anterior. At a dcada de 1960 no existia um suporte cientfico s diferentes tcnicas natatrias, cada treinador tinha sua prpria opinio baseada em sua experincia pessoal e em observao dos melhores nadadores. Em 1968 J. COUNSILMAN postulou que a propulso gerada pelas mos dos nadadores podia ser explicada mediante a lei de ao-reao (terceira lei de Newton). Segundo seus postulados a mo devia entrar na gua com o cotovelo estendido, para posteriormente flexionar-se e voltar-se a estender. Desta maneira resultaria possvel empurrar o gua durante um maior percurso horizontal para atrs e, por reao, deslocar seu corpo para diante a maior velocidade. A aceitao desta teoria conhecida como teoria propulsiva de arraste, deu lugar terminologia ainda hoje utilizada de:

Puxo: primeira metade da trao, quando o cotovelo se flexiona. Empuxo: segunda metade da trao, quando o cotovelo se estende. Assimilando a propulso aqutica terrestre, postulou-se que a trajetria da mo devia ser retilnea (figura 7). No entanto, cedo resultou patente que os melhores nadadores no realizavam trajetrias retilneas, seno que as mos descreviam um padres curvilneos (figura 8). No obstante, longe de revogar a propulso mediante a lei de ao-reao, chegou concluso de que esta trajetria permitia empurrar melhor o gua para atrs devido a do que as mudanas de trajetria da mo permitiam ao nadador apoiar-se em guas quietas: uma vez o gua acelerada para detrs, adquire momento linear (quantidade de movimento; P = massa x velocidade) de maneira que seguir acelerando-a resulta tanto mais difcil quanto maior sua velocidade, portanto, ao modificar a trajetria da mo se consegue mover guas que no possuem momento linear (guas quietas = sem momento linear).

Figura 7.

Figura 8.

At ditas datas todos os estudos relativos propulso se tinham realizado tomando como sistema de referncia o corpo do nadador, o que se conhece como um sistema de referncia local, isto , que se representa a trajetria da mo em relao a um sistema de referncia mvel. No ano 1971 BROWN e COUNSILMAN publicam os resultados do primeiro estudo utilizando um sistema de referncia inercial ou fixo. Este estudo considerado, em palavras de MAGLISCHO (1993) como a mais importante contribuio biomecnica da

natao at a dcada dos 70. Neste clssico estudo se filmaram mediante tcnicas de fotogrametra estroboscpica nadadores que portavam luzes em suas mos numa piscina escura. Os resultados foram surpreendentes: as trajetrias descritas pelas mos tinham um componente mais vertical e/ou lateral que horizontal para atrs. Em outras palavras, os nadadores se propulsam utilizando movimentos de zingladura nos que os movimentos da mo para acima-abaixo e para dentro-fora so mais importantes do que os movimentos para atrs. Estes resultados contradiziam a teoria at a data aceitada, j que o movimento para atrs da mo no o movimento mais significativo durante a trao subacutica. BROWN e COUNSILMAN postularam que os movimentos curvilneos ou de zingladura eram propulsivos devido a que geravam a denominada fora de elevao ou sustentao cuja gerao se explicaria pelo denominado teorema de Bernouilli: a velocidade das partculas de um fluido e a presso que estas exercem lateralmente, so valores inversamente proporcionais, isto , que sua soma tende a permanecer constante. Este princpio de Bernouilli , indica que quando aumenta a velocidade do fluido a presso que dito fluido exerce diminui e vice-versa. Conseqentemente o gradiente de presses que se gera, cria uma fora ascensional ou de sustentao. A fora de sustentao evidente quando o slido que viaja atravs do fluido apresenta um perfil assimtrico, como a asa de um avio ou a de um pssaro (figura 9).

Figura 9.

Este teoria adquiriu grande aceitao nas dcadas dos 70 e 80, de maneira que a fora propulsiva seria a soma de dois componentes; o componente da fora de arraste e o componente da fora de sustentao. Assim, a fora produzida pela mo dos nadadores se podia determinar segundo indica a equao 5: Ec. 5: Fhidrodinmica = (CL + CD ) S V2 p Onde:CL = coeficiente de sustentao CD = coeficiente de arraste S = superfcie frontal de contato V2 = velocidade, elevada ao quadrado p = densidade

Em 1977 R. SCHLEIHAUF realizou uma rplica em plstico da mo e a introduziu num canal de gua que se deslocava a velocidade conhecida, medindo

desta maneira os valores da fora de arraste e a fora de sustentao em funo do ngulo de ataque da mo e da velocidade do gua (figura 10). Ditos estudos foram replicados por Berger e cols. (1995), quase duas dcadas depois, com resultados similares.

Figura 10: Resultados obtidos nos estudos de Schleihauf (1979) para determinar os valores dos coeficientes de sustentao (lift) e de arraste (drag).

Em meados da dcada dos 80 aparece uma nova perspectiva no estudo da propulso humana no gua que recebe o nome de hiptese propulsiva dos vrtices (COLWIN, C. 1984; 1985a). Surge como conseqncia do estudo do nado dos peixes e das correntes de gua que so geradas durante os movimentos propulsivos, e a primeira vez que se aplicam conhecimentos de dinmica de fluidos para explicar a propulso humana durante o nado. Os vrtices surgem como conseqncia do princpio de conservao do momento e como conseqncia do gradiente de velocidades (e presses) ao redor de um determinado perfil segundo indica o teorema de Bernouilli. A figura 11 mostra as ilustraes realizadas pelo prprio Colwin para indicar como se formam os vrtices.

Figura 11.

3 INSTRUMENTAL DE MEDIDA PARA A AVALIAO DA ATIVIDADE NATATRIA

ANLISE

E

A

Tradicionalmente, as ferramentas ou instrumental de medida que a Biomecnica Desportiva contribui para a anlise e avaliao das prticas fsicodesportivas se classificam em dois grandes grupos (BRIZUELA e PLANA, 1997): Ferramentas para a anlise cinemtico do movimento Ferramentas para a anlise cintica do movimento

3.1 Ferramentas para a Anlise Cinemtico do MovimentoO instrumental para anlise cinemtica oferece informao sobre o movimento para uma anlise descritiva do mesmo, sem ter em considerao as foras que originam o movimento. Os dados contribudos por este grupo de ferramentas se expressam em termos de deslocamentos, velocidades e aceleraes lineares e/ou angulares. Dentro deste grupo, aparecem vrios tipos de ferramentas: Gonimetros para medir ngulos entre segmentos articulados. Acelermetros para medir aceleraes, geralmente usados em impactos Fotoclulas e plataformas de contato para medir tempos parciais ou de vo. Cmaras de vdeo para anlises qualitativas e quantitativos da atividade desportiva. Cabo-velocmetro: se explicar na conferncia do Dr. Vctor Tella Muoz Outros.

De entre todos eles, to s as cmaras de vdeo (tambm de cinema, mas na atualidade cada vez menos) so profusamente usadas na anlise temporria e da tcnica natatoria. Falaremos em primeiro lugar do estudo da tcnica de nado e, em segundo lugar, dos sistemas de anlise temporria. ANLISE DA TCNICA DE NADO. At a dcada de 1980, os dados e referncias que se dispunham para explicar e justificar os movimentos tcnicos dos nadadores eram fundamentalmente qualitativos. Com motivo dos JJOO de Los Angeles em 1984 realizou-se uma exaustiva anlise da tcnica dos nadadores da equipe americana concentrado em Pau Alto (California). Dito estudo correu a cargo uma equipe liderada por Schleihauf, onde figuravam alguns dos mais reputados especialistas tanto em natao, como Ernest Maglischo, como em Biomecnica Desportiva, como o espanhol Jess Dapena.

Dito estudo se realizou com cmaras de cinema, mas a metodologia utilizada similar atualmente em vigor, e que se explica a seguir. Em natao, a trajetria dos diferentes segmentos corporais, e fundamentalmente as mos, ocorre em mais de um plano. Com o objeto de poder realizar anlises tridimensionais (3D), requer-se um mnimo de 2 cmaras para ver os movimentos subaquticos, e outras duas para ver os movimentos areos. Estas cmaras tm de situar-se de maneira que em todo momento se observem os pontos anatmicos de interesse durante a filmagem, pelo que geralmente se localizam formando um ngulo de 70-90 entre si. Nestes estudos, denominados de fotogrametra (medida da informao contida em fotogramas), o corpo humano (ou uma poro deste) tem de ser simplificado a um modelo de segmentos articulados entre si delimitados por referncias externas (marcadores) que determinam os segmentos do corpo humano que interessa estudar (figura 12). Estes marcadores permitem, uma vez digitalizada a filmagem, criar sistemas de coordenadas locais em cada segmento, com o que se podem conhecer suas posies relativas, isto , os ngulos formados entre os segmentos. Por exemplo, que no instante de tempo 0 (incio da digitalizao) o ngulo formado entre o antebrao e o brao seja de 90, e no instante de tempo 05 (meio segundo depois) seja de 175.

Figura 12: Modelo almbrico de 14 segmentos do corpo humano utilizado por Cappaert e cols (1996) para a anlise da tcnica de nado no Campeonato do Mundo de 1991 e nos JJOO de 1992.

Antecipadamente filmagem das cenas de estudo, tem de filmar-se um sistema de referncia (SR), isto , h que filmar uma estrutura de dimenses conhecidas (geralmente de caractersticas cbicas), que determina o volume espacial no que se tem de realizar o movimento de estudo. Depois de filmar as cenas nas duas cmaras de vdeo se digitalizam os resultados de maneira independente, isto , que se obtm as coordenadas planas (2D) de cada uma das cmaras. No caso do nado, a digitalizao tem de ser manual, o que enlentece e faz muito laborioso o trabalho. Depois da digitalizao se obtm duas matrizes de coordenadas planas que se combinam para obter as coordenadas tridimensionais em funo do tempo de cada marcador do modelo de corpo humano utilizado. Esta combinao se realiza mediante uns algoritmos denominados DLT ou transformao linear direta (Abdel-Aziz e Karara, 1971). Posteriormente, as grficas temporais so suavizadas mediante filtros digitais ou mediante funes

spline com o propsito de reduzir o erro associado ao processo de digitalizao. Finalmente, das grficas das funes temporrias das variveis cinemticas suavizadas se extraem os parmetros de interesse com os que se realizar o tratamento estatstico oportuno. A figura 13 mostra um exemplo de resultados utilizando esta metodologia (Sanders, 1996). Pode observar-se o modelo utilizado, bem como os ngulos de tronco e de quadril durante um ciclo de nado em estilo braa.

Figura 13: Comparao entre os ngulos de tronco e quadril para a braa ondulatria (aporta) e a braa plana (abaixo). Sandres, 1996.

Desta maneira, Schleihauf e cols. (1986) obtiveram as primeiras grficas vlidas, fiveis e precisas das trajetrias das mos durante o nado dos 4 estilos competitivos. Ditas grficas foram profusamente reproduzidas, as figuras 14, 15, 16 e 17 mostram algumas de ditas grficas extradas do livro Swimming even faster de E. Maglischo (1993).

Figura 14. Velocidade de trao das mos e velocidade de avano do corpo para o estilo crawl. Maglischo, 1993.

Figura 15. Velocidade de trao das mos e velocidade de avano do corpo para o estilo borboleta. Maglischo, 1993.

Figura 16. Velocidade de trao das mos e velocidade de avano do corpo para o estilo costas. Maglischo, 1993.

Figura 17. Velocidade de trao das mos e velocidade de avano do corpo para o estilo braa. Maglischo, 1993.

Este tipo de estudos requerem de um instrumental e de um pessoal de laboratrio altamente qualificado, pelo que esto ao alcance exclusivamente de Centros de Alto Rendimento Desportivo ou de Faculdades. SISTEMA DE ANLISE TEMPORRIA EM NATAO (TSAS). Foram Absaliamov & Timakovoy (1983) os primeiros em utilizar o termo anlise da atividade competitiva para apresentar os resultados dos JJOO de Moscou 1980. Na atualidade, dito mtodo amplamente utilizado em muitos pases em seus campeonatos nacionais e, por seu posto, na LEN, a FINA e o COI permitem desde faz umas duas dcadas que grupos de pesquisadores realizem ditas anlises nos campeonatos por eles organizados. Dita anlise se fundamenta num modelo de rendimento no que o tempo total de nado se divide em trechos mais curtos, tal e como se indica a seguir:

Para poder realizar estes estudos necessrio localizar 2 ou 3 cmaras de vdeo perpendiculares s ruas da piscina e a uma distncia que o plano de filmagem registre todo o nado. A figura 18 mostra um exemplo de um destes Sistemas de Anlise Temporria em Natao (TSAS).

Figura 18. TSAS para piscina de 50m proposto por Arellano (1993).

Com estes sistemas se obtm resultados como os indicados na tabela 1. A anlise de ditos dados revela como o melhor tempo de M. Foster se fundamenta numa excepcional sada e uma boa virada, enquanto seu tempo de chegada o pior de todos os competidores no Campeonato de Europa em Piscina Curta celebrado em Valencia em 2000. O espanhol J.L. Uribarri destaca por ter a melhor viragem de todos.

Tabela 1. Anlise temporria da prova de 50 borboleta nos Campeonatos de Europa em Piscina Curta celebrados em Valencia, 2000. (http://swim.ee). A figura 19 mostra o teste de 50m + viragem desenvolvida no CAR de Serra Nevada sob a direo do Dr. Ral Arellano. Este um exemplo de como os TSAS permitem realizar estudos detalhados do rendimento em natao.

Figura 19. Relatrio completo do teste 50m + viragem. Garca e cols. 2001.

3.2 Ferramentas Para A Anlise Cintica Do MovimentoAs ferramentas para a anlise cintica permitem obter informao sobre os nus mecnicos que geram o movimento. Este instrumental permite o registo de foras, momentos (torques) e presses actuantes sobre o corpo humano em sua interao com o meio. Dentro deste grupo, encontramos os seguintes tipos de ferramentas: Medio de foras: transdutores de deformao (geralmente galgas extensomtricas), clulas de nus e plataformas dinamomtricas. Medio de presses: pequenos transdutores presuromtricos (geralmente piezoelctricos) introduzidos em estruturas rgidas,

como plataformas, ou em superfcies flexveis, como planilhas ou luvas. De entre todos estes, os mais utilizados em natao so as plataformas dinamomtricas, as clulas de nus e as luvas instrumentadas. PLATAFORMAS DINAMOMTRICAS (Ou DE FORA) As plataformas dinamomtricas so, possivelmente, a ferramenta mais utilizada no mbito da Biomecnica Desportiva. Permite registrar as foras de reao durante a interao do desportista, geralmente seus ps, com superfcies slidas, geralmente o solo. Trata-se de estruturas slidas e pesadas, e que tm de fixar-se solidamente ao solo, pelo que se requer que o laboratrio ou zona de uso esteja preparado para isso (figura 20).

Figura 20: Duas plataformas, com sensores de tipo extensomtricos, utilizadas para o registo de foras de reao no laboratrio do INEF de Len (Aguado e cols. 1997). Observe-se a infraestrutura necessria para sua correta fixao ao solo.

No caso da natao, utilizam-se para avaliar a eficincia da impulso durante a sada e durante a virada, quando os ps esto em contato com o poyete e com a parede respectivamente. Para poder colocar a plataforma no poyete ou na parede da piscina, necessrio preparar a instalao: no caso do poyete se deve extrair a parte superior do mesmo e introduzir uns ancoragens desenhados especialmente (figura 21), mas no caso das viradas necessrio realizar operaes de alvenaria, o que dificulta enormemente a possibilidade de seu uso (em Espanha no existem instalaes preparadas para este ltimo caso).

Figura 21: Plataforma, com sensores de tipo piezoelctricos, atualmente utilizada no CAR de Sierra Nevada (Garca e cols. 2001). Pode observar-se os ancoragens necessrios para sua correta fixao.

A plataforma registra as foras nas trs direes do espao: mediolateral ou eixo x, anteroposterior ou eixo e, e vertical ou eixo z (figura 22). No caso das sadas os critrios de eficcia so: que as foras anteroposteriores (eixo e) sejam mximas. que as foras verticais (eixo z) no ultrapassem em mais de um 25% a fora peso do nadador que as foras mediolaterales (eixo x) sejam nulas.

Figura 22: Registo das foras vertical (azul) e anteroposterior (verde) durante uma sada. Em vermelho aparece o pulso do sinal de sada (Garca e cols. 2001).

CLULAS DE CARGA As clulas de carga so captadores unidirecionais baseados geralmente em transdutores extensomtricos. Atualmente, existem clulas de nus comerciais que permitem registrar tanto trao como compresso. No caso da natao foram profusamente utilizadas para medir a fora de arraste, isto , a fora que aplica o nadador estando atado com um cinto a um cabo ou borracha conectada com a clula de nus (figura 23).

Figura 23: Nadador atado com um cabo a uma clula de carga.

A unio do nadador clula de nus pode ser mediante um cabo inextensible ou mediante borrachas elsticas. O cabo inextensible tem a vantagem de no se deformar, pelo que a fora aplicada se transmite integralmente clula. No entanto, tem o grande inconveniente de gerar um retrocesso do nadador, ou ao menos uma diminuio na tenso do cabo, durante as fases de menor propulso, o que ocasiona a apario de foras de impacto cada vez que o cabo se volta a tensionar. Deste modo, este mtodo de avaliao da fora dificilmente aplicvel a situaes de nado com pouca continuidade propulsiva (braa, borboleta, nadadores descapacitados, s braos, etc.).

Uma alternativa medio com cabo de ao so as borrachas cirrgicas (Arellano, 1992; Platonov, 1988; Keskinen, Tilli e Komi, 1989) previamente calibradas. Este elemento permite o avano do nadador enquanto se mede sua fora propulsiva e evita a gerao de foras de impacto (figura 24).

Figura 24: Registos com cabo (vermelho), e duas borrachas de diferente resistncia (azul e verde). Observe-se os bicos e vales que aparecem ao registrar com cabo.

O uso de borrachas permite, ademais, o clculo de outras variveis biomecnicas de interesse. Devido a que previamente se calibraram, pode-se calcular o avano do nadador. Com isto e com o tempo se calcula a velocidade de nado e, o que mais importante, com a velocidade e a fora registrada se pode calcular a potncia desenvolvida pelo nadador (figura 25).

Figura 25: Grfica de fora, posio (avano), potncia e velocidade de nado com borracha e clula de nus (Brizuela e cols., 2000).

LUVAS INSTRUMENTADAS A propulso gerada pelos membros superiores a principal responsvel do avano do nadador durante o nado (a exceo da braa). A fora propulsiva gerada pelas mos vem definida pela equao n 5 da pgina 14, mas dita equao s permite clculos aproximados. Ademais, os estudos de Schleihauf (1979) e os de Berger e cols. (1995) utilizaram um modelo de mo que introduziam em canais de gua para determinar os valores de fora. Uma aproximao bem mais real a levada a cabo por Takagi & Wilson (1999) utilizando uma luva instrumentada com transdutores na palma e no dorso (figura 26). Ditos transdutores permitem registrar o componente

perpendicular da fora hidrodinmica. Os resultados obtidos ao medir a braada de crawl (figura 27), mostram como a maior parte da fora se produz para o final da braada, quando o nadador realiza os varridos para adentro e para acima.

Figura 26: Fotografia e esquema da luva instrumentada com 8 transdutores de presso utilizado para medir a fora hidrodinmica durante o nado real ( Takagi & Wilson, 1999).

Figura 27: Grfica da fora hidrodinmica atuando sobre a mo durante cinco ciclos de crol. As figuras de acima indicam os diferentes instantes da braada (Takagi & Wilson, 1999).

BIBLIOGRAFIAAbdel-Aziz, E.I.; Karara, H.M. (1971). Direct linear transformation from comparator coordinates into objectspace coordinates in close range photogrammetry. Em American Society of photogrametry: Simposium on close range photogrametry. Arellano, R. (1992). Avaliao da fora propulsiva em natao e sua relao com o treinamento e a tcnica (Tese doutoral). Universidade de Granada, Instituto Nacional de Educao Fsica. Granada.

Berger, M.A.m.; Groot, G.; Hollander, A.P. (1995). Hydrodinamic drag and lift forces on human hand/arm models. Journal of Biomechanics. 28. 125-133. Blanksby, B. (1999). Gaining on turns. www.education.ed.ac.uk/swim/bb.html A anlise biomecnico em natao. Dr. Salvador Plana Belloch Hopper, R.T. (1983) Measurement of power delivered to an external weight. Em: Hollander, A.P. (Edit.) Biomechanics and Medicine in Swimming. Human Kinetics, Champaign, Illinois: 113-119. Keskinen, K.; Tilli, L.; Komi, P.V. (1989) Maximun velocity swimming: Interrelationships of stroking characteristics, force production and anthropometric variveis. Scand. J. Sports Sci. 11, 2: 87-92. Little, A.; Blanksby, B. (2000). A look at gliding and underwater kicking in the swim turn. www.education.ed.ac.uk/swim/bb.html Magel, J.R. (1970) Propelling force measured during tehtered swimming in the four competitive swimming styles. The Research Quaterly 41, 1: 69-74. Navarro, F.; Arellano, R.; Carneiro, C.; Gozlvez, M. (1990) Natao. Comit Olmpico Espanhol. Platonov, V.N. (1988) LEntrainement Sportif. Revue EPS, Paris. Sanders, R.H. (1999). Hydrodynamic characteristics of a swimmers hand. Journal of Applied Bimechanics. 15. 3-26. Schleihauf, R.E. (1979) A hydrodinamical analysis of swimming propulsion. Em: T. Bedingfield (Edit.) Swimmnig III. Third International Symposium of Biomechanics in Swimming. Baltimore, Maryland. University Press: 70-109. Takagi, H.; Wilson, B. (1999). Calculating hydrodydamic force by using pressure differences in swimming. Biomechanics and Medicine in Swimming VIII. 101-106. Zatsiorski, V.M.; Safarian, I.G. (1972) Exame dos fatores para determinar a velocidade mxima em estilo livre. Theorie und praxe der korperkultur (Traduzido por Centro de Investigao Documentao e Informao, INEF-Madri) 21, 8: 1-25

NDICE 1 INTRODUO ................................................................................................ 1 2 CONCEITOS BIOMECNICOS BSICOS DO NADO.................................... 1 2.1 Flutuao ................................................................................................. 3 2.2 Resistncia que Ope a gua ao Avano do Ser Humano Em Seu Interior................................................................................................................. 5 2.3 Propulso................................................................................................. 8 3 INSTRUMENTAL DE MEDIDA PARA A ANLISE E A AVALIAO DA ATIVIDADE NATATRIA ..................................................................................... 12 3.1 Ferramentas para a Anlise Cinemtico do Movimento......................... 12 3.2 Ferramentas Para A Anlise Cintica Do Movimento ............................ 18 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 22