BIOMECNICA

Prof. Abraho Baptista

DEFINIES

zCincia dedicada ao estudo dos sistemas biolgicos sob uma perspectiva mecnica

Hall, 2005

zRamo da bioengenharia e da engenharia biomdica... Considera as aplicaes da mecnica clssica da fsica para analisar os sistemas biolgicos e fisiolgicos

Norkin; Frankel, 2003

BIOMECNICA X CINESIOLOGIA

z Cinesiologia{ Estudo do movimento{ Termo genrico usado para descrever qualquer forma

de anlise: anatmica, fisiolgica, psicolgica ou mecnica.

z A anatomia funcional{ Parte da cinesiologia{ Envolve movimentos artro e osteocinemticos, simples

e complexos do sistema musculoesqueltico.

BIOMECNICA X CINESIOLOGIA

zO contedo de biomecnica extrado de uma rea da fsica a mecnica para estudar os efeitos das foras sobre os organismos vivos e os sistemas biolgicos.

Hamill; Knutzen, 1999

GRANDEZAS ESCALARES, VETORIAIS E TENSORES

zESCALAR magnitude (metro, fora ...)zVETORIAL magnitude, direo e sentidozTENSOR { Ordem zero escalares{ Primeira ordem vetores{ Segunda ordem estresse e deformao

PRIMEIRA LEI DE NEWTON

z Inrcia todo corpo ou objeto que esteja em repouso ou em movimento tende a permanecer em repouso ou em movimento constante, a no ser que seja aplicada uma fora aceleradora ou frenadora, capaz de modificar a condio esttica

SEGUNDA LEI DE NEWTON

zMovimento todo corpo ou objeto que receba uma fora diferente de zero, acelerar na direo da fora resultante e haver uma proporcionalidade da fora de acelerao e da fora resultante

TERCEIRA LEI DE NEWTON

zAo e reao Para toda ao h uma reao e as foras de ao e reao entre objetos de interao so iguais em magnitude, opostas em sentido mas com a mesma linha de ao.

FORA

zAo sobre um objeto ou sistema de impulso ou trao que causa ou tende a causar movimento.

Hall, 2005

DIAGRAMAS DE CORPO LIVRE

MOVIMENTO LINEAR

zMovimento linear:{Translao{ Cisalhamento{ Deslizamento

HALL, 2005KALTENBORN, 1993

MOVIMENTO ANGULAR

zMovimento angular:{ Necessita ser realizado

por uma barra rgida ou alavanca em torno de um eixo

HALL, 2005

CINEMTICAz Cinemtica{ Examina o movimento a

partir de uma perspectiva espacial e temporal, sem referncia s foras que o causam{ Descrio do movimento:z Velocidade de

deslocamentoz Altura e distncia que

atingez Graus de movimentoz Trajetria do movimento

HALL, 2005

CINTICA

z Cintica{ Anlise das foras que

agem sobre um sistemazForazMomento (Torque) zEstressezFadigazPropriedade materialzDeformao

HAMILL; KNUTZEN, 1999

ESTTICA

zEsttica{ Exame dos sistemas que no esto se

movendo em velocidade constante nem se deformando{ Determinaz Sobrecargasz Magnitudes das foras muscularesz Magnitudes de foras que geram desequilbrio

{ O sistema est em equilbrioz No h aceleraoz Foras que fazem iniciar, acelerar ou diminuir o

movimento esto em equilbrio com foras opostas

www.woodgrovepinesclinic.com/ gaitanalysis.htm

?

CONDIES DE EQUILBRIO

zEquilbrio{ Translacionalz Soma dos vetores em ao sobre o corpo zero

Acelerao linear e velocidade linear so zero

{ Rotacional z Somatrio dos momentos de fora em ao sobre o

corpo zero Acelerao angular e velocidade angular so zero

As equaes de movimento (segunda lei de Newton)

assumem a forma:

F = 0 e M = 0

MODOS DE DEFORMAO

zObjetos sob a aplicao de foras externas podem:{ Transladar na direo da fora resultante{ Girar na direo do torque resultante

zSe h a manuteno do equilbrio esttico, deve estar se deformando

MODOS DE DEFORMAO

z Deformao:{ Medida do grau de distoro{ Calculadas pela diviso de duas quantidades medidas

em unidades de comprimento ou porcentagem

z Extenso da deformao depende:{ Propriedades materiais{ Tamanho e forma do objeto{ Fatores ambientais (calor, umidade ...){ Magnitude, direo e durao das foras aplicadas

MODOS DE DEFORMAO

z Foras normais ou axiais:{ Foras colineares aplicadas perpendicularmente s

reas nas quais atuam{ Cargas de tenso (geram alongamento){ Cargas de compresso (geram encolhimento)

z Cargas de deslizamento{ Foras agindo em direo tangente rea que resiste

s foras

z Evergamento

z Toro

ESTRESSE NORMAL OU AXIAL ()z Fora resultante em

uma seo cortada perpendicular ao plano de corte

z Foras em tenso e compresso

z Unidade de medida N/m2 = Pa

NORDIN, FRANKEL, 2003

ESTRESSE TANGENCIAL ()

zMedida da intensidade das foras internas tangentes (paralelas) ao plano de corte

z Unidade de medida N/m2 = Pa

NORDIN, FRANKEL, 2003

DEFORMAO NORMAL ()

z Razo da mudana no comprimento original, gerada por uma fora normal

NORDIN, FRANKEL, 2003

DEFORMAO TANGENCIAL ()

z Distores causadas por foras tangenciais

NORDIN, FRANKEL, 2003

DINMICA

z Dinmica:{ Exame dos sistemas

em movimento acelerado{ Usa a anlise cintica

e cinemtica

www.cc.nih.gov/.../ 2005/june05/newsletter.shtml

EXERCCIO

zEscolha uma regio do corpo e monte um diagrama de corpo livre

zAnalise aspectos cinemticos (movimentos lineares e angulares) e cinticos (interao das foras) da marcha de uma pessoa

DEFORMAO PLSTICA E ELSTICA

z Elasticidade Habilidade de um material em retornar a seu tamanho e forma original aps cessar a aplicao de uma carga{ Material linearmente elstico{ Mdulo elstico ou de Young (E)

z Plasticidade Implica em deformaes permanentes{ Estresse ultrapassa a fora crtica do material

DEFORMAES PLSTICAS E ELSTICAS

NORDIN; FRANKEL, 2003

VISCOELASTICIDADE

zCaracterstica de um material de ter propriedades slidas e fludicas{ Material slido deforma at uma certa

extenso{ Fora continuamente aplicada sobre um fluido

causar uma deformao contnua (fluxo){ Viscoelasticidade mecnica dos fluidos e dos

slidos

VISCOELASTICIDADE

zMateriais puramente elsticos no exibem um comportamento tempo-dependente e sim linearz Relao estresse-

deformao nica{ Ex.: Metais NORDIN; FRANKEL, 2000

VISCOELASTICIDADE

z Materiais viscoelsticosexibiro deformao gradual e se recuperaro quando sujeitos a carga e descarga respectivamente

z Relao estresse-deformao no nica, variando com tempo e velocidade de carga{ Ex.: Tecidos biolgicos

NORDIN; FRANKEL, 2000

VISCOELASTICIDADE

zMaterial elstico:{ A energia deformante estocada e

disponibilizar o retorno ao tamanho e forma original{ No h perda de energia{ Quando h deformao plstica, parte da

energia dissipada em forma de calor

VISCOELASTICIDADE

zMaterial viscoelstico:{ Parte da energia deformante armazenada e

parte dissipada como calor, em qualquer nvel de estresse{ Exibem comportamento tempo-dependente

CARGA-DESCARGA ESTRESSE DEFORMAO

MATERIAL ELSTICO

SLIDO VISCOELSTICO

FLIDO VISCOELSTICO

NORDIN; FRANKEL 2000

EXERCCIO

zDesenhe o que voc imagina que seriam os grficos de estresse-deformao dos seguintes materiais:{ Uma banda elstica usada em fisioterapia{ Um copo de cristal{ O fmur sujeito a um estresse tangencial no

meio da difise{ O msculo reto-femoral sujeito a um estresse

axial

ESTRESSES PRINCIPAIS

z Estresse principal{ Mximo{ Mnimo

z Plano principal{ O estresse principal mximo ou mnimo, e o

tangencial zero

z Fratura ou falha do material{ Ocorre ao longo dos planos de estresse mximo

FADIGA E RESISTNCIA

z Cargas que podem no causar a falha de uma estrutura em uma nica aplicao podem causar fratura com a repetio

FADIGA:

VARIA DE ACORDO COM A TEMPERATURA, IMPERFEIO

DAS SUPERFCIES E PRESENA DE IRREGULARIDADES DENTRO

DO MATERIALNORDIN; FRANKEL, 2000

MOMENTO DE FORA (TORQUE)

z Quando uma fora aplicada a um objeto, pode resultar em translao ou movimento geral

z Torque (T) Efeito rotatrio criado por uma fora excntrica{ Produto de fora e

distncia (T=Fd){ Unidade de medida o

Newton/metro (N-m)

HALL, 2005

FORA CNTRICA

FORA EXCNTRICA

ALAVANCAS

z Torque envolve fora e brao de momento

z A quantidade de fora muscular necessria para fazer um movimento depende do brao de momento do msculo e do brao de resistncia

www.feiradeciencias.com.br/ sala06/06_RE02.asp

ALAVANCAS

www.feiradeciencias.com.br/ sala06/06_RE02.asp

ALAVANCAS

GREENE; ROBERTS, 2002

ALAVANCAS

zFunes mais comuns de cada alavanca:{ Interfixa (primeira classe) Equilbrio{ Inter-resistente (segunda classe) Vencer

uma grande fora{ Interpotente (terceira classe) - Velocidade

EXERCCIO: Classifique as alavancas

EXERCCIO

zDescreva uma alavanca interfixa, uma inter-resistente e uma interpotente no sistema muscuolesqueltico.

BIOMECNICADEFINIESBIOMECNICA X CINESIOLOGIABIOMECNICA X CINESIOLOGIAGRANDEZAS ESCALARES, VETORIAIS E TENSORESPRIMEIRA LEI DE NEWTONSEGUNDA LEI DE NEWTONTERCEIRA LEI DE NEWTONFORADIAGRAMAS DE CORPO LIVREMOVIMENTO LINEARMOVIMENTO ANGULARCINEMTICACINTICAESTTICACONDIES DE EQUILBRIOMODOS DE DEFORMAOMODOS DE DEFORMAOMODOS DE DEFORMAOESTRESSE NORMAL OU AXIAL ()ESTRESSE TANGENCIAL () DEFORMAO NORMAL () DEFORMAO TANGENCIAL () DINMICAEXERCCIODEFORMAO PLSTICA E ELSTICADEFORMAES PLSTICAS E ELSTICASVISCOELASTICIDADEVISCOELASTICIDADEVISCOELASTICIDADEVISCOELASTICIDADEVISCOELASTICIDADENmero de diapositiva 33EXERCCIOESTRESSES PRINCIPAISFADIGA E RESISTNCIAMOMENTO DE FORA (TORQUE)ALAVANCASALAVANCASALAVANCASALAVANCASEXERCCIO: Classifique as alavancasEXERCCIO