No meu último artigo, cobrimos algumas das definições relativamente simples, mas fundamentais, subjacentes à biomecânica do esporte e do exercício, ligando-as ao swing kettlebell. Agora, embora seja muito emocionante, nós realmente não entramos em detalhes, e os detalhes podem ser importantes, especialmente quando falamos sobre como aplicamos as forças que causam movimento.
Este artigo se concentrará em um importante tipo de padrão de movimento: curvas de tempo de força, que ilustram como aplicamos força ao longo do tempo. Vamos combinar isso com uma explicação das leis de movimento de Newton e como elas se relacionam com o estudo do esporte e do exercício usando um salto vertical com contra-movimento (em que o sujeito dobra os quadris e joelhos antes de saltar). Entender isso cria uma base para uma revisão futura.
Resumo: O que é força?
Lembre-se disso?. . . Força é uma ação de empurrar ou puxar que um objeto exerce sobre outro. Então, se queremos mover algo, seja uma barra, um peso russo ou nosso próprio corpo, temos que empurrá-lo ou puxá-lo. aplicar uma força. No caso do nosso jumper, a força é aplicada ao seu centro de massa, o ponto em torno do qual as massas de seus segmentos (por exemplo, braços e pernas) são distribuídos para ajudar a manter o equilíbrio.
As três leis de newton de movimento linear fornecem uma estrutura de como controlamos o movimento com a força e o efeito que isso pode ter no desempenho. Aplicar uma força para causar um movimento só funcionará se for suficiente para superar a inércia do objeto?A primeira lei de Newton: a lei da inércia.
Inércia: não se move!
Inércia é uma daquelas palavras comumente mal utilizadas. Em comparação com a primeira lei de Newton, a inércia é a relutância de um objeto em mudar seu estado, onde o Estado simplesmente se refere a se está se movendo ou não. É esse estado que é controlado pela aplicação. Portanto, um objeto permanecerá parado até que seja empurrado ou disparado – uma força é aplicada ou, uma vez em movimento, continuará a se mover; até que ele foi empurrado ou baleado, isto é, ele adivinhou, aplicando força.
Mas como você controla este estado? O presente é a unidade padrão em que a inércia é relatada: o quilograma, a unidade que também é usada para devolver a massa (bem, na maioria dos países do mundo de qualquer maneira). Isso introduz talvez o tipo mais básico de força: o peso, que é o produto da massa e aceleração da gravidade. Portanto, para superar a inércia (mover algo) de um objeto, devemos aplicar uma força que exceda seu peso.
Curvas de força temporal: um modelo básico de movimento humano
Do ponto de vista prático, é aqui que pode ser muito emocionante. O movimento humano tende a ser apoiado aplicando força no chão através dos pés (ou mãos, veja o artigo de Becca sobre força de impulso). As plataformas de força nos permitem registrar essas forças e, usando as leis de Newton, podemos manipulá-las para obter uma melhor compreensão dos requisitos mecânicos de diferentes tipos de movimento (ver artigo anterior, por exemplo).
Para voltar aos trilhos, a Figura 1 mostra a curva típica força-tempo vertical do desempenho do salto vertical.
Figura 1: Curva vertical de força de tempo típica do desempenho de salto vertical com contra-movimento, força vertical aplicada ao centro de massa do nosso jumper.
Uma das primeiras coisas que tendemos a fazer para dar sentido a uma curva de força-tempo é determinar o peso do sujeito a partir do período de ‘posição tranquila’, isso pode ser visto na Figura 2, neste caso, peso corporal 787 newtons; dividindo isso acelerando a gravidade (9,81), você tem uma massa corporal de pouco mais de 80 kg. Então podemos começar a pensar em aplicar a segunda lei de Newton para aprender mais sobre a força aplicada e a quantidade de movimento que isso implica. .
Figura 2. Curva vertical de tempo de força anotada
Força, massa e aceleração
Lembremos-nos no último artigo que a força é o produto da massa e aceleração (F-ma), e podemos usá-la para decifrar as Figuras 1 e 2 Se soubermos que f-ma, podemos manipular os dados de força, como o apresentado nas Figuras 1 e 2, dividindo-os pela massa do sujeito, transformando nossa curva força-tempo em uma curva de tempo de aceleração , no entanto, devemos lembrar a primeira lei de Newton onde devemos superar o peso do nosso jumper: 787 newtons. Podemos simplesmente subtrair o peso corporal da Figura 1 antes de dividi-lo por massa, o que o tornaria “calmo”. Força zero. A força deve exceder zero para influenciar o movimento ou acelerar a massa do nosso jumper. Um exemplo da nossa curva de tempo de aceleração pode ser visto na Figura 3.
Figura 3: Curva de tempo de aceleração vertical anotada: a aceleração do centro de massa do nosso jumper durante o salto.
É ótimo, mas não nos diz muito. No entanto, um pequeno jiggery-pokery, na forma de integração digital, nos permite calcular a velocidade, em que velocidade nosso jumper se move. A Figura 4 mostra o tempo de velocidade e que são muitas vezes chamados de picos e cochos, que fornecem uma indicação da direção do movimento: os vales abaixo de zero indicam um movimento descendente, os picos acima de zero movimento ascendente.
Poderíamos ir mais longe e digitalmente integrar esses dados de tempo de velocidade para obter um movimento ou movimento, mas medidas-chave como altura de salto podem ser obtidas facilmente usando equações de movimento uniforme. Para isso, devemos determinar a velocidade do nosso jumper no soquete-off, aumento quadrado e, em seguida, dividi-lo em 2g (9. 81 – 2), que neste caso é equivalente ao seguinte:
5. 34 (2. 31 [velocidade de decolagem2]) – 19. 62 (2g) – 27 (cm) (bastante medíocre)
Figura 4: Curva vertical de tempo de velocidade anotada: quão rápido o centro de massa do nosso jumper se move durante o salto.
Agora calculamos a potência mecânica multiplicando nossos dados de tempo de força através de nossos novos dados de tempo de velocidade brilhantes, mas vamos deixar isso para outro artigo, onde podemos fazer justiça ao assunto. No entanto, antes de terminarmos, devemos considerar a relevância prática da terceira lei de Newton.
Ação de reação
Esta é talvez a lei mais famosa de Newton, e afirma que para cada ação, há uma reação igual e oposta. Talvez sem perceber, esta lei estava em operação ao longo de nossa análise no sentido de que se nosso jumper tivesse se empurrado para o chão e não tivesse encontrado uma reação oposta igual, as performances de salto teriam sido bastante complicadas.
Você verá que é essa reação, em combinação com a segunda lei (e atrito) de Newton, que nos permite controlar como nos movemos, e parece muito mais fácil de entender quando entendemos as Leis 1 e 2.
Figura 5. Forças durante uma aterrissagem com salto vertical
A única desvantagem é que isso também resulta em uma consequência mecânica, pois se a reação nos permite mover, ele também pode agir como essa força de frenagem muito importante, de repente parando o movimento, como ilustrado na Figura 5, que se concentra na mudança de força vertical quando nosso jumper aterrissa Na verdade, até agora, nossa análise se concentrou no primeiro objetivo da biomecânica : melhorar o desempenho, enquanto as forças retratadas na Figura 5 permitem considerar o segundo objetivo da biomecânica: minimizar as lesões.
Identificar áreas problemáticas, como o salto de aterrissagem, nos permite modificar a técnica de estratégia de pouso, a fim de reduzir a força de pouso e, assim, minimizar lesões. Nosso jumper parou de usar uma força equivalente a quase 7,5 vezes seu peso corporal. Como reflexo final, a Figura 5 também pode nos dizer a rapidez com que a força de pouso foi aplicada ao corpo, neste caso, foram 56 milissegundos (0,056 segundos). A divisão da força de pouso pelo tempo de pouso dá o que é chamado de taxa de carga, que neste caso foi pouco abaixo de 132 pesos corporais por segundo, o que é potencialmente problemático.
Em conclusão, podemos usar a lei de newton para manipular dados de tempo de força para ter uma ideia das diferentes fases de desempenho, como o salto vertical, suas exigências e suas consequências. Usaremos essa base em artigos futuros, sendo que o próximo será sobre poder.
Novamente, se alguém tiver alguma dúvida, por favor me envie um e-mail para: j. lake@chi. ac. uk ou poste sua pergunta nos comentários abaixo (tenho certeza que você não está sozinho em suas perguntas).