Biomecânica do Esporte e do Exercício

Autor(es): Peter M. McGinnis
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Biomecânica do esporte e do exercício, 3ª edição, destaca-se por abordar o assunto de forma clara e objetiva, facilitando o aprendizado. Além disso, para uma visão mais completa do tema, foram reunidos exemplos e aplicações tanto relativos a esportes ou exercícios como também exemplos clínicos e de atividades do movimento humano no dia a dia.

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Capítulo 1. Forças

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Capítulo 1

Forças

Mantendo equilíbrio ou alterando movimento

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

Definir força

Classificar os diferentes tipos de forças

Definir força de atrito

Definir peso

Determinar a resultante de duas ou mais forças

Decompor uma força em forças componentes com ângulo reto entre uma e outra

Determinar se um objeto está em equilíbrio estático quando as forças que atuam sobre ele são conhecidas

• Determinar uma força desconhecida atuando sobre um objeto quando todas as demais forças são conhecidas e o corpo está em equilíbrio estático

© Brian Cahn/Zuma Press/Icon SMI

Uma ginasta mantém uma posição insegura sobre um pé durante uma rotina na trave de equilíbrio. Um alpinista se agarra pela ponta dos dedos à face de um penhasco. Uma ciclista permanece imóvel sobre sua bicicleta no início de uma corrida. Um atleta de saltos ornamentais sustenta-se somente pelos dedos dos pés na ponta de um trampolim antes de executar um salto de costas. Quais são as forças que atuam em cada um desses atletas? Como eles as manipulam para manterem-se equilibrados? As informações apresentadas neste capítulo fornecem o conhecimento necessário para responder tais questões.

 

Capítulo 2. Cinemática linear

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Capítulo 2

Cinemática linear

Descrevendo objetos em movimento linear

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

Diferenciar movimento linear, angular e geral

Definir e diferenciar distância percorrida e deslocamento

Definir e diferenciar rapidez média e velocidade média

Definir rapidez instantânea e velocidade instantânea

Definir aceleração média

Definir aceleração instantânea

Nomear as unidades de medida para distância percorrida, deslocamento, rapidez, velocidade e aceleração

• Usar as equações de movimentos de projéteis para determinar a posição vertical ou horizontal de um projétil dados a velocidade e o tempo iniciais

As melhores velocistas do mundo estão alinhadas na largada para a final dos 100 m rasos dos Jogos Olímpicos. A vencedora ganhará o título de mulher mais rápida do mundo. É dado o tiro de partida, e Shelly-Ann Fraser-Pryce larga na frente. Aos 50 m, ela tem 1 m de vantagem em relação

 

Capítulo 3. Cinética linear

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Capítulo 3

Cinética linear

Explicando as causas do movimento linear

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

• Explicar as três leis do movimento de Newton

• Aplicar a segunda lei do movimento de

Newton para determinar a aceleração de um objeto se as forças atuando sobre ele forem conhecidas

• Aplicar a segunda lei do movimento de

Newton para determinar a força resultante atuando sobre um objeto se sua aceleração for conhecida

• Definir impulso

• Definir quantidade de movimento

• Explicar a relação entre impulso e quantidade de movimento

• Descrever a relação entre massa e peso

Você está assistindo à competição de levantamento de peso nas olimpíadas. A carga da barra é mais que o dobro do peso do levantador. O atleta se aproxima do implemento e o agarra firmemente com ambas as mãos. Com um grito, ele pega a barra do chão e a levanta sobre sua cabeça em um movimento suave. Quais forças o atleta precisou exercer sobre o implemento para criar o movimento que você viu? A segunda lei do movimento de Newton – proposta há mais de 300 anos – nos fornece a base para analisar situações como essa. Este capítulo introduz as leis do movimento de Newton e a aplicação dessas leis para analisar o movimento humano.

 

Capítulo 4. Trabalho, potência e energia

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Capítulo 4

Trabalho, potência e energia

Explicando as causas do movimento sem Newton

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

Definir trabalho mecânico

Distinguir as diferenças entre trabalho positivo e negativo

Definir energia

Definir energia cinética

Definir energia potencial gravitacional

Definir energia potencial elástica

Explicar a relação entre trabalho mecânico e energia

Definir potência

Um atleta do salto com vara corre pela pista, abaixando lentamente o implemento conforme se aproxima da saída. Ele se move tão rápido quanto um velocista até que, de repente, deixa cair a extremidade da vara na caixa de apoio e salta. A vara se curva à medida que o deslocamento do saltador para frente diminui e ele começa a subir. Por um momento, parece até que a vara vai quebrar, mas depois sua curvatura começa a se desfazer. A retificação do implemento parece arremessar o saltador para cima. O atleta então se suspende até uma parada de mão sobre a vara conforme ela se aproxima da posição vertical. Ele a empurra com uma mão e eleva-se por cima do sarrafo para terminar o salto. Uau! Como ele consegue converter a velocidade da sua corrida na altura necessária para passar sobre o sarrafo? A relação entre trabalho mecânico e energia fornece a resposta para essa questão. Este capítulo introduz esses conceitos e aborda seu uso na análise de movimento.

 

Capítulo 5. Torques e momentos de força

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Capítulo 5

Torques e momentos de força

Mantendo o equilíbrio ou mudando o movimento angular

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

Definir torque (momento de força)

Definir equilíbrio estático

Listar as equações de movimento

Determinar a resultante de dois ou mais torques

Determinar se um objeto está em equilíbrio estático quando se conhecem as forças e os torques que agem sobre ele

Determinar uma força desconhecida (ou torque) agindo sobre um objeto quando todas as forças e os torques forem conhecidos e ele estiver em equilíbrio estático

Definir centro de gravidade

Estimar a localização do centro de gravidade de um corpo ou objeto

© Alexander Yakovlev/fotolia.com

Você está sentado na academia contemplando seu próximo exercício de puxada dorsal na máquina quando percebe que a pilha de pesos que está prestes a levantar não parece ter os 45 kg indicados na marca da carga. No entanto, quando você senta no banco e puxa a barra, ela parece correta. Como as polias, as alavancas e os cabos das máquinas transformam em 45 kg uma pilha relativamente pequena de metal? A resposta tem a ver com os torques criados pela pilha de pesos e pelas polias, alavancas e cabos. Este capítulo introduz os conceitos de torque e centro de gravidade, bem como complementa o de equilíbrio estático.

 

Capítulo 6. Cinemática angular

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Capítulo 6

Cinemática angular

Descrevendo objetos em movimento angular

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

© Chung Jin Mac | Dreamstime.com

• Definir posição angular absoluta e relativa e diferenciá-las

• Definir deslocamento angular

• Definir velocidade angular média

• Definir velocidade angular instantânea

• Definir aceleração angular média

• Definir aceleração angular instantânea

• Nomear as unidades de medida para posição, deslocamento, velocidade e aceleração angular

• Explicar a relação entre velocidade linear média e velocidade angular média

• Explicar a relação entre velocidade linear instantânea e velocidade angular instantânea

• Definir aceleração tangencial e explicar sua relação com a aceleração angular

• Definir aceleração centrípeta e explicar sua relação com a velocidade angular e a velocidade tangencial

• Descrever a posição anatômica

 

Capítulo 7. Cinética angular

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Capítulo 7

Cinética angular

Explicando as causas do movimento angular

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

© Olga Besnard/Dreamstime.com

• Definir momento de inércia

• Explicar como o momento de inércia do corpo humano pode ser manipulado

• Explicar a primeira lei do movimento de

Newton e como ela se aplica ao movimento angular

• Explicar a segunda lei do movimento de

Newton e como ela se aplica ao movimento angular

• Explicar a terceira lei do movimento de Newton e como ela se aplica ao movimento angular

• Definir impulso angular

• Definir quantidade de movimento angular

• Explicar a relação entre impulso angular e quantidade de movimento angular

Uma atleta de salto ornamental salta da plataforma de 3 m. Ela está em uma posição estendida

(posição plana) e, a princípio, quase não roda. Então, ela flexiona seus quadris e se curva ao meio

(posição carpada), e sua rotação acelera como se fosse mágica. Ela gira três vezes e meia nessa posição e cai em direção à água. Logo antes de mergulhar, seu giro parece parar, então ela volta

 

Capítulo 8. Mecânica dos fluidos

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Capítulo 8

Mecânica dos fluidos

Os efeitos da água e do ar

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

Definir movimento relativo e absoluto

Definir flutuação e força de empuxo

Definir pressão

Definir fluido

Explicar como um fluido exerce forças sobre um objeto que se move nele

Identificar os componentes das forças de um fluido

Definir força de arrasto

Distinguir arrasto de superfície de arrasto de forma

Definir força de sustentação

Explicar o princípio de Bernoulli

Explicar o efeito Magnus

Identificar os vários fatores que determinam o efeito das forças de um fluido sobre um objeto

© Nuralya/Dreamstime.com

Você está na posição do rebatedor, esperando pelo próximo lançamento. O lançador prepara-se e arremessa. A bola está indo em sua direção, mas parece que o lançador a arremessou direto para o meio da zona de strike. Você começa seu giro, antecipando o barulho do bastão batendo a bola. Uiff! Uomp! “Strike três, você está fora!” Em vez de sentir e escutar o barulho do bastão acertando a bola, tudo que você sente é ele cortando o ar, e tudo que você escuta é o choque da bola batendo na luva do apanhador. Assim que você visualizou a bola voando sobre a cerca do lado esquerdo do campo, parece que ela se desviou para baixo e para a esquerda. O que aconteceu? Como uma bola que parecia estar em uma trajetória perfeita em direção à zona de strike

 

Capítulo 9. Mecânica dos materias biológicos

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Capítulo 9

Mecânica dos materias biológicos

Tensões e deformações no corpo

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

Definir tensão mecânica

Definir deformação

Definir tração (tensão e deformação)

Definir compressão (deformação compressiva e tensão compressiva)

Definir cisalhamento (deformação por cisalhamento)

Identificar e descrever cargas que geram flexão

Descrever os padrões de tensão que se desenvolvem sob uma carga que gera flexão

Identificar e descrever cargas que geram torção

Descrever a relação tensão-deformação geral para um material elástico

Descrever o módulo de elasticidade

(módulo de Young)

Descrever comportamento elástico e plástico

Definir as várias propriedades mecânicas dos materiais: tensão de escoamento, tensão máxima e tensão de ruptura

 

Capítulo 10. O sistema esquelético

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Capítulo 10

O sistema esquelético

A estrutura rígida do corpo

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

© Skyhawk911/Dreamstime.com

• Identificar as partes do sistema esquelético

• Descrever as funções do sistema esquelético

• Descrever as características anatômicas dos ossos

• Classificar ossos longos, curtos, chatos ou planos, irregulares ou sesamoides

• Descrever o processo de crescimento dos ossos longos

• Descrever os sistemas de classificação estrutural e funcional das articulações

• Classificar as articulações sinoviais como planas, em dobradiça, em pivô, elipsoidal, em sela, em bola e soquete

• Descrever as características anatômicas das articulações sinoviais

• Descrever a função da cartilagem articular

• Descrever a função do líquido sinovial

• Identificar os fatores que contribuem para a estabilidade das articulações sinoviais

• Identificar os fatores que contribuem para a flexibilidade das articulações sinoviais

 

Capítulo 11. O sistema muscular

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Capítulo 11

O sistema muscular

Os motores do corpo humano

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

• Descrever os três tipos de tecido muscular: liso, esquelético e cardíaco

• Discutir as funções do músculo esquelético

• Descrever a microestrutura do músculo esquelético

• Descrever a macroestrutura do músculo esquelético

• Discutir os três diferentes tipos de ações musculares: concêntrica, excêntrica e isométrica

• Descrever os papéis que os músculos podem assumir

• Discutir os fatores que influenciam a força desenvolvida durante a atividade muscular

• Entender o relacionamento entre produção de potência e velocidade de contração muscular

Você está assistindo a um programa de fisiculturismo em que os atletas executam suas rotinas.

Está admirado com a quantidade e o tamanho dos músculos mostrados e com sua definição.

Você sempre pensou nos músculos como produtores das forças ativas dentro do corpo, mas agora se dá conta do que os artistas souberam durante séculos: os músculos dão ao nosso corpo o contorno e a forma que os tornam esteticamente agradáveis. Qual é a anatomia dos músculos que permite assumir uma variedade de formas? Como os músculos produzem força e quais fatores afetam sua produção? Este capítulo tentará responder essas e outras questões com respeito à estrutura e à função dos músculos.

 

Capítulo 12. O sistema nervoso

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Capítulo 12

O sistema nervoso

Controle do sistema musculoesquelético

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

© 4designersart/Dreamstime.com

• Listar os elementos do sistema nervoso

• Descrever as diferentes partes de um neurônio

• Citar os três tipos de neurônios

• Definir unidade motora

• Compreender as duas estratégias

(recrutamento e somação) utilizadas pelo sistema nervoso central para controlar a força muscular

• Definir proprioceptor e listar seus diferentes tipos

• Descrever a função dos fusos musculares

• Descrever o reflexo do estiramento

• Descrever a função dos órgãos tendinosos de Golgi

• Descrever a resposta do órgão tendinoso de Golgi

• Descrever os proprioceptores do sistema vestibular

• Descrever os reflexos de endireitamento e tônico cervical

• Definir exteroceptor e listar seus diferentes tipos

• Descrever reflexos iniciados pelos exteroceptores

 

Capítulo 13. Análise biomecânica qualitativa para melhorar a técnica

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Capítulo 13

Análise biomecânica qualitativa para melhorar a técnica

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

© MaxiSports/Dreamstime.com

• Entender a diferença entre análise biomecânica qualitativa e quantitativa

• Listar os passos envolvidos em uma análise biomecânica qualitativa que vise ao aprimoramento da técnica

• Entender o processo de desenvolvimento de um modelo de habilidade teórico mecanicamente baseado em causa e efeito

• Descrever as orientações importantes para observação do desempenho

• Entender como identificar e avaliar erros na técnica

• Entender como dar a um estudante ou atleta instruções que o ajudem a corrigir erros na técnica

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Peter M. McGinnis

Você está assistindo um saltador em altura tentar estabelecer um novo recorde pessoal. Alguns aspectos da técnica utilizada não parecem tão estranhos agora que você tem algum conhecimento sobre biomecânica. A ação do braço do atleta no momento em que deixa o solo aumenta sua velocidade vertical. A postura de suas costas aproxima muito mais seu centro de gravidade do sarrafo, de maneira que este pode ser mais alto. Contudo, você é capaz de explicar a base para as outras ações na técnica do saltador? Este capítulo deve ajudá-lo a fazer isso, pois esboça uma abordagem estruturada para a análise biomecânica qualitativa da técnica.

 

Capítulo 14. Análise biomecânica qualitativa para melhorar o treinamento

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Capítulo 14

Análise biomecânica qualitativa para melhorar o treinamento

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

© Aspenphoto/Dreamstime.com

• Distinguir treinamento técnico de treinamento físico

• Entender como os resultados de uma análise qualitativa para melhorar a técnica também podem ser usados para aprimorar o treinamento técnico

• Avaliar um exercício ou treino técnico e determinar se é apropriado

• Descrever os passos envolvidos em uma análise cinesiológica qualitativa

• Identificar os grupos musculares ativos durante qualquer fase de um movimento e se a contração muscular é concêntrica, excêntrica ou isométrica

Você está assistindo na televisão à competição masculina de dardo nos Jogos Olímpicos. O arremesso vencedor superou a marca de 90 m. Você imagina como o atleta fortalece seu braço para criar as forças necessárias para projetar o implemento a essa distância. Porém, obviamente, ele utiliza mais do que apenas os músculos dos braços. Quais são os outros grupos musculares que devem ser bem desenvolvidos para arremessar o dardo tão longe? Quais tipos de exercícios e treinos técnicos são eficazes para o treinamento de um arremessador de dardo? Este capítulo pode auxiliá-lo a responder essas questões ao fornecer a base para realizar uma análise biomecânica qualitativa para melhora do treinamento.

 

Capítulo 15. Análise biomecânica qualitativa para entender o desenvolvimento de lesão

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Capítulo 15

Análise biomecânica qualitativa para entender o desenvolvimento de lesão

Steven T. McCaw, PhD, FACSM

Universidade do Estado de Illinois

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

• Diferenciar entre força e pressão ou tensão

• Explicar como a tensão contínua se relaciona com a adaptação tecidual e a lesão

• Descrever o conceito de limiar de tensão

• Diferenciar entre fatores intrínsecos e extrínsecos relacionados ao desenvolvimento de lesões

• Identificar os fatores intrínsecos que predispõem um indivíduo a lesões

• Identificar os fatores extrínsecos associados com tensão alta durante o desempenho de uma habilidade

• Explicar os conceitos de treinamento cruzado e treinamento cruzado dentro de uma mesma atividade

• Sugerir intervenções para diminuir o risco de lesão durante o desempenho de uma tarefa

Você está na linha de largada, pronto para disputar uma corrida de rua de 10 km. Um amigo se aproxima e explica que não está registrado para correr porque recentemente desenvolveu uma dor incômoda na perna. Ele modificou o seu treinamento para a corrida e espera alcançar um tempo melhor. Você imagina se as mudanças no programa de treinamento podem ter levado à lesão. Este capítulo discute a base biomecânica das lesões e esboça uma abordagem estruturada para identificar fatores relacionados à prevenção desse problema.

 

Capítulo 16. Tecnologia na biomecânica

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Capítulo 16

Tecnologia na biomecânica

Objetivos

Ao terminar de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

© Sacramento Bee/Jay Mather/ZUMA Press

Definir análise biomecânica quantitativa

Discutir como a forma de medir tais variáveis pode influenciá-las

Discutir sobre a instrumentação usada para medir as variáveis cinemáticas na biomecânica

Discutir sobre a instrumentação usada para medir as variáveis cinéticas na biomecânica

Um praticante de golfe realiza uma parte do movimento da batida de uma bola. Mas ele parece diferente: não está usando roupas de golfe normais. Pontos luminosos estão fixados em seu taco e em várias partes de seu corpo. Uma pequena caixa está presa em suas costas, e cabos saem dela e dos seus sapatos. Mais fios estão presos a dispositivos em suas pernas. O golfista está sobre algum tipo de plataforma. Luzes o iluminam. Ele não está jogando em um campo de golfe, mas em um laboratório, onde uma variedade de dispositivos grava seus movimentos, ações musculares e forças de reação sob seus pés. Que tipo de laboratório é esse? Quais tipos de dispositivos são usados para medir as variáveis biomecânicas discutidas neste livro? Nos três capítulos anteriores, aprendemos sobre análises biomecânicas qualitativas. Este capítulo trata da tecnologia usada nas análises biomecânicas quantitativas.

 

Referências e sugestões de leitura

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Referências e sugestões de leitura*

Abbott, A.V., and Wilson, D.G. (Eds.). (1996). Human-powered vehicles. Champaign, IL: Human Kinetics.

Adrian, M.J. (1980). The true meaning of biomechanics. In J.M. Cooper and B. Haven (Eds.), Proceedings of the Biomechanics Symposium

(pp. 14-21). Indianapolis: Indiana State Board of Health.

Chow, J.W., and Knudson, D.V. (2011). Use of deterministic models in sports and exercise biomechanics research. Sports Biomechanics, 10,

219-233.

Cureton, T.K. Jr. (1930). Mechanics and kinesiology of the crawl flutter kick. Research Quarterly, 1(4):93-96.

Alexander, R.M. (1992). The human machine. New York: Columbia University Press.

Cureton, T.K. Jr. (1939). Elementary principles and techniques of cinematographic analysis. Research Quarterly, 10(2):3-24.

Arend, S., and Higgins, J.R. (1976). A strategy for the classification, subjective analysis and observation of human movement. Journal of

Human Movement Studies, 2:36-52.

 

Apêndices

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Apêndice A

Unidades de medida e conversões

Tabela A.1

Dimensões básicas e unidades no sistema SI

Grandeza

Símbolo

Unidade SI

Unidade abreviada

Tempo

t

Segundo

s

Comprimento

l

Metro

m

Massa

m

Quilograma

kg

Tabela A.2

Grandezas derivadas e dimensões usadas na mecânica

Grandeza

Símbolo

Unidade SI

Unidade abreviada

Unidades básicas do SI

Área

A

Metro quadrado

m2

m2

Volume

V

Metro cúbico

m3

m3

Massa específica

Quilograma por metro cúbico

kg/m3

kg/m3

Velocidade

v

Metros por segundo

m/s

m/s

Aceleração

a

Metros por segundo por segundo

Metros por segundo ao quadrado

m/s/s m/s2

m/s/s m/s2

Ângulo

θ

Radiano

rad

Adimensional

Velocidade angular

ω

 

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