Mass balance

Segundo Bauman (1995 apud AMADIO, 1997) dentre as principais preocupações da biomecânica está a determinação das forças que agem no corpo humano.

A dinamometria destina-se a medição de todos os tipos de força e pressão que agem sobre o corpo. Segundo Amadio et al. (1999) as forças mensuráveis são forças externas, determinadas a partir das interações físicas entre os corpos e o meio ambiente.

Dentre as forças externas estudadas pela biomecânica, destacam-se as forças de reação do solo transmitidas na fase de apoio em quase todos os movimentos humanos.

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BAUMANN, W. Procedimentos para determinar as forças internas na biomecânica do ser humano, aspectos da carga e sobrecarga nas extremidades inferiores. VI Congresso Brasileiro de Biomecânica.Brasília. Conferência de Abertura, 1995.

Neste estudo não é diferente, pois dentre os parâmetros biomecânicos envolvidos estão a força de reação vertical do solo e o centro de massa, sendo que a força de reação do solo relaciona-se com o movimento do centro de massa corporal (HAMILL; KUTZEN, 1999; 10MEGLAN;TODD, 1994 apud BARELA; DUARTE, 2006).

2.4.1.1.1 Força de reação do solo

Dentre os estudos biomecânicos, a força de reação do solo é muito utilizada como componente descritivo primário para indicar a sobrecarga no aparelho locomotor durante a fase de apoio, principalmente em pesquisas que investigam a marcha (AMADIO et al.,1999).

Uma força é conseqüência da interação entre dois corpos. A terceira Lei de Newton estabelece que para toda força de ação corresponde uma força reação de igual intensidade, direção e sentido oposto. Assim, as forças de ação e reação agem em corpos diferentes em contato.

Durante os movimentos humanos, a força de reação do solo é a força proporcionada pela condição superficial na qual o indivíduo está se movendo. Dessa forma, todas as condições superficais proporcionam uma força de reação.

Segundo Hamill e Knutzen (1999) a força de reação do solo pode mudar em magnitude, direção e ponto de aplicação em virtude do período de contato que o indivíduo está com a superfície.

Ainda, segundo os autores, por se tratar de uma força, a força de reação do solo é um vetor e para fins de análise pode ser decomposta em três componentes: componente vertical (Fz), componente ântero-posterior (Fy) e componente médio-

lateral (Fx). Esses componentes da força de reação são ilustrados na Figura 2.14.

10_{MEGLAN, D.; TODD, F. Kinetics of human locomotion. In: ROSE, J.; GAMBLE, G. Human walking. Baltimore:} Williams & Wilkins, 1994. Kinectis of human locomotion, p.73-99.

Figura 2.14 - Componentes da força de reação do solo (HAMILL; KNUTZEN,1999)

Como pode-se observar na Figura 2.14; os componentes ântero-posterior e o médio-lateral agem na horizontal e são chamados de componentes de atrito, pois atuam paralelamente à superfície do solo.

Os dados sobre a força de reação do solo têm sido usados em várias pesquisas para investigar várias atividades. No entanto, o que pode-se perceber é que esses estudos destinam-se a estudar a fase de apoio do andar, corrida e aterrissagem dos saltos.

A força de reação também tem sido utilizada para análise biomecânica da marcha no processo de reabilitação, como no estudo de Aguiar (2003) que investigou as variáveis biomecânicas da marcha de um indivíduo com reconstrução cirúrgica do ligamento cruzado anterior já reabilitado, e em relação aos parâmetros clínicos apresentados por esse paciente.

Pode-se observar também nos estudos biomecânicos que o componente vertical (Fz) da força de reação do solo tem ganhado grande destaque, talvez por apresentar

uma magnitude maior que os outros componentes.

Conforme Hamill e Knutzen (1999) existem alguns métodos para o cálculo dos componentes da força de reação:

• Componente vertical:

• Componente horizontal:

F_h (t) = F_y (t) (2) onde: W – força peso ou força gravitacional (força externa)

Fz (t) – forças de reação do solo na direção vertical Fy (t) – força de reação do solo na direção horizontal

A força de reação do solo não é visível e não pode ser avaliada durante um exame clínico. Entretanto, essa força pode ser medida por uma plataforma de força.

A plataforma de força é um equipamento que pode ser construído com sensores de deformação (extensômetros de resistência elétrica) colados em locais com maior deformação. Estes sensores medem a deformação de uma peça metálica (FILHO et al., 1997). Existe também um outro tipo de plataforma, a qual utiliza sensores piezoelétricos.

Esse equipamento quantifica a variação dinâmica da força de reação do solo durante a fase de contato entre os corpos (AMADIO et al., 1999).

Segundo Barela e Duarte (2006) existem diversas maneiras de construir uma plataforma de força segundo o posicionamento dos extensômetros. Destacando-se três em particular:

1- Plataforma com único sensor no centro.

2- Plataforma triangular com sensores nos três cantos. 3- Plataforma retangular com sensores nos quatros cantos.

Vários pesquisadores têm se dedicado ao desenvolvimento de plataformas de força, dentre eles destacam-se Hull et al. (1995) que em seu estudo desenvolveram e calibraram uma plataforma de força para medição das forças de reação do solo verticais e horizontais utilizando anéis octogonais para a fixação dos extensômetros.

Filho et al. (1997) projetaram duas plataformas de força que foram acopladas numa esteira ergométrica para aquisição da força de reação do solo, componente vertical (Fz) e momentos Mx e My, para avaliação da marcha humana.

Roesler e Tamagna (1997) também desenvolveram uma plataforma de força com o intuito de medir a força de reação do solo (Fx, Fy, Fz) e os momentos (Mx, My, Mz), sendo esta plataforma direcionada para utilização em pesquisas que envolvem hidroginástica, a qual é à prova d’água. Para o desenvolvimento dessa plataforma

foram utilizados extensômetros ligados a um circuito Ponte de Wheatstone e colados a uma estrutura que se deforma.

A aquisição dos dados utilizando uma plataforma de força é relativamente simples, pois à medida que o indivíduo pisa na plataforma e a força é aplicada sobre ela, a deformação correspondente é detectada pelos extensômetros, então os sinais elétricos são amplificados e armazenados num computador. Para isso é necessário a utilização de cabos elétricos para transmissão dos dados entre os equipamentos (BARELA; DUARTE, 2006).

A Figura 2.15 ilustra a aquisição e processamento do sinal com uso de plataforma.

Figura 2.15 - Representação esquemática de um arranjo experimental típico para aquisição e processamento do sinal com uso de plataforma de força (BARELA; DUARTE, 2006).