Enquete para os profissionais e estudantes de Educação Física

Enquete para os profissionais e estudantes de Fisioterapia

Aplicação da força de atrito em biomecânica

No post sobre Biomecânica Forense foi apresentado um artigo onde uma senhora processa uma empresa por ter ficado quadriplégica após escorregar em um piso molhado. A defesa utilizou como prova o coeficiente de atrito do piso. Mas o que é coeficiente de atrito e quais suas aplicações em biomecânica?

Atrito é a força que atua na interface das superfícies em contato no sentido oposto ao do movimento que ocorre ou do movimento que está iminente. Em outras palavras, é a força que segura um objeto que está deslizando. Sempre que houver dois objetos em contato existirá atrito, mesmo que pequeno. Portanto, a magnitude da força de atrito gerada determina a facilidade ou dificuldade relativa do movimento para dois objetos em contato. Por exemplo, só conseguimos nos deslocar para frente enquanto caminhamos porque a força de atrito impede o deslizamento do pé para trás quando este empurra o solo. Diferentes superfícies apresentam diferentes coeficientes de atrito, que pode ser alterado na presença de substâncias como água, óleo, etc. O coeficiente de atrito é um número adimensional que indica a facilidade relativa de deslizamento, ou a quantidade de interação molecular ou mecânica entre duas superfícies em contato. É mais fácil caminhar em um piso seco do que sobre um piso molhado porque o coeficiente de atrito na primeira situação é maior do que na segunda.

Quanto maior o coeficiente de atrito, maior é a força necessária para iniciar e manter o  movimento e, portanto, menor é o deslizamento. Este conceito pode ser largamente utilizado no âmbito esportivo. Por exemplo, o atrito existente entre o calçado e o piso pode influenciar o desempenho de corredores, jogadores de futebol, dentre outros. Há algum tempo a Associação Nacional da liga de Jogadores de Futebol Americano – EUA tentou declarar o gramado artificial como responsável pelas lesões de joelho dos jogadores, em parte por causa do alto coeficiente de atrito existente entre ele e a chuteira, que com freqüência não possibilita a rotação do pé de apoio, levando a uma torção do joelho.

A investigação do atrito também pode ter importância na área de ergonomia. Veja um exemplo no artigo “Comparison of psychophysiological responses in healthy men and women workers during cart pushing on two walkways of high and low coefficient of friction” (Maikala et al., 2010), cujo resumo é apresentado abaixo.

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International Journal of Industrial Ergonomics, Vol. 40 (2), March 2010, Pages 171-179

Comparação de respostas psicofisiológicas em homens e mulheres saudáveis durante a tarefa de empurrar um carrinho em superfícies com coeficientes de atrito diferentes (alto e baixo)

Rammohan V. Maikala, Vincent M. Ciriello, Patrick G. Dempsey e Niall V. O’Brien

O objetivo do estudo foi comparar respostas psicofisiológicas entre homens e mulheres saudáveis durante a tarefa de empurrar um objeto em duas superfícies com atrito diferente. Primeiramente, 27 participantes escolheram um carrinho de acordo com a carga que seriam capazes de empurrar durante 8 horas sem perder o fôlego ou ficar mais cansados do que o comum em um piso de madeira (coeficiente de atrito = 0,68)  e em um piso de teflon (coeficiente de atrito = 0,26). Em seguida, as respostas cardiopulmonares e musculares foram medidas simultaneamente em dois dias diferentes enquanto os participantes empurravam um carrinho ao longo de 7,6 m, com freqüência de um empurrão por minuto, durante 2 horas em cada superfície. Foram mensuradas as respostas musculares, índice de hemoglobina tecidual (THI) e índice de oxigenação tecidual (TOI), no músculo gastrocnêmio medial direito e esquerdo. A análise estatística mostrou que homens e mulheres empurraram uma carga 27% maior no piso de madeira do que no piso de teflon (P , 0,001). Comparando os gêneros, as mulheres empurraram uma carga 9% menor no piso de teflon e 27% menor no piso de madeira do que os homens (P , 0,005).  A força exercida no carrinho pelos participantes no piso de madeira foi 33% do que no piso de teflon (P , 0,001), com as mulheres exercendo 21% (piso de teflon) e 35% (piso de madeira) menos força do que os homens (P , 0,001). As forças mais baixas exercidas no piso de teflon produziram respostas mais baixas no consumo de oxigênio, sendo o consumo das mulheres 20% (piso de teflon) e 22% (piso de madeira) menor do que o dos homens. Mulheres apresentaram concentração de hemoglobina muscular 35% menor, mas a diferença desaparece quando normalizada em função da força resultante. A saturação da hemoglobina (TOI) não foi influenciada pelo tipo de piso, indicando que o aumento do consumo de oxigênio é compensado pelo aumento do fluxo sanguíneo muscular.  Entretanto, a influência da força exercida no carrinho na saturação de oxigênio em mulheres foi 31% maior do que nos homens, sugerindo a importância de investigar diferenças fisiológicas específicas na musculatura esquelética durante o ato de empurrar.

Biomecânica forense

Acabou de ser lançado o Journal of Forensic Biomechanics. Isso mesmo, biomecânica forense! O periódico vai publicar pesquisas, estudos de caso e artigos de revisão relevantes para a aplicação dos princípios biomecânicos para auxiliar a solucionar processos civis e criminais.

Graças aos filmes e seriados de televisão, o termo medicina forense já é bastante conhecido como a ciência que envolve a aplicação de conhecimentos médicos para responder questões relacionadas a um crime como a hora da morte, a causa da morte, etc. Um exemplo recente é o conhecido “caso Isabela”, onde os peritos desvendaram a causa da morte da menina que caiu da janela do apartamento a partir das lesões encontradas no seu corpo, o que, junto com outras evidências, acabou apontando o pai e a madrasta como culpados pelo crime. Mas o que faz a biomecânica forense?

A biomecânica forense é uma área da biomecânica que reúne especialistas em análise do movimento humano e engenharia biomédica para fornecer provas para processos judiciais em torno de lesões no desporto, em acidentes automobilísticos ou de trabalho. Fatores como a forma do local onde a lesão ocorreu, o contexto e as características físicas da pessoa podem auxiliar a determinar se um impacto ou sobrecarga em particular desencadeou a lesão em discussão.

A partir dos achados medicos, relatados em prontuários e exames diversos, o biomecânico forense deve ser capaz de definir o mecanismo exato de falência tecidual consistente com o diagnóstico e tratamento.  A lesão pode ter sido desencadeada por forças de compressão, de tração ou de cisalhamento, flexão, torção, etc. Cada um destes mecanismos estão associados a tipos específicos de danos teciduais e características bem definidas que dão indícios de como e quando a lesão aconteceu. O biomecânico forense é treinado para saber quais pistas procurar, a fim de determinar o mecanismo da lesão e sua idade aproximada.

Apesar de ser um termo novo para nós brasileiros, a biomecânica forense vem sendo usada há 3 décadas nos tribunais americanos e canadenses. Mas somente nos últimos anos vem sendo mais bem aceita pelos oficiais de justiça. Será que não se trata apenas de um novo nome para algo que já vem sendo aplicado? De qualquer forma, é mais uma área de atuação da biomecânica! Veja a seguir o resumo de um artigo que faz uso da biomecânica forense para desvendar um acidente envolvendo uma queda.


Aplicação da biomecânica forense na resolução de uma queda acidental sem testemunhas.

Sacher, A. Journal of Forensic Sciences, Volume 41, Issue 5 (September 1996)

Após uma breve revisão da biomecânica do andar, escorregar, tropeçar e cair, é demonstrada a aplicação da metodologia forense na investigação de uma alegação de uma queda acidental causada por um deslizamento. As causas mais comuns de quedas, como escorregões e tropeções, são definidas e diferenciadas não só pelo modo de início, mas também pelo modo como acaba, ou seja, a direção da queda, a distância de pouso, os locais de impacto no corpo e no chão, a posição / orientação final do corpo, bem como a natureza e a gravidade das lesões. Essas informações detalhadas, raramente relatadas pela vítima, devem ser cuidadosamente levantadas a partir de investigação escrupulosa. Além disso, são importantes para determinar se uma descrição inicial da vítima de um acidente a prestadores de serviços médicos (por exemplo, enfermeiras e médicos) é razoavelmente coerente com a versão do litígio e, também, com o que se sabe atualmente sobre a biomecânica dos acidentes que envolvem queda. Neste caso, uma mulher idosa supostamente escorregou e caiu no chão molhado e sofreu uma grave lesão no pescoço que resultou em quadriplegia. Os elementos de prova produzidos por um perito contratado pela vítima, um engenheiro, foram convincentes, embora se limitaram a uma comparação entre o coeficiente estático de atrito do chão molhado e seco. O autor examina outros fatores envolvidos na causa do acidente para serem usados como elementos de defesa. Depois de analisar os documentos  da perícia e as medidas das dimensões do solo e resistência ao deslizamento, a investigação focou o calçado da vítima, antecedentes médicos, e histórico de escorregões e quedas. O autor concluiu que a probabilidade da queda ter ocorrido por um escorregão no chão molhado era bastante pequena, especialmente quando comparada com modelos biomecânicos. Em vez disso, sugere-se que a queda resultou de um tropeção ou um colapso – sequela de sérios problemas médicos crônicos e reconhecidas deficiências motoras relacionadas com a idade.

Para saber mais:

http://books.sae.org/book-r-379

http://www.jurispro.com/files/documents/doc-1066205161-article-1594.pdf

http://portal.acm.org/citation.cfm?id=1239430.1239436

Correr descalço X correr com tênis

Um artigo publicado recentemente na revista Nature (Liberman,DE, et al, Nature, 2010 463:531-535) trouxe à tona na lista internacional de discussão de biomecânica o debate sobre correr descalço e correr calçado.  Daniel Lieberman, professor de Harvard, começou a correr descalço motivado pelos nossos ancestrais, que corriam dessa forma ou com calçados rústicos e sem amortecimento até por volta de 1970, quando o tênis foi inventado. Com o intuito de responder como corredores lidavam com o impacto antes da invenção do tênis, Liberman analisou o comportamento de variáveis cinéticas e cinemáticas de pessoas que habitualmente correm descalças e de pessoas que correm com tênis. Sua pesquisa mostrou que os corredores que treinam descalços tendem a fazer o contato inicial com o antepé, sofrendo menores forças de colisão do que os corredores que usam calçados esportivos, que tendem a fazer o contato inicial com o calcanhar. Segundo o professor, isto torna confortável correr descalço e poderia minimizar as lesões relacionadas à corrida.

Entretanto, nem todos concordam com essa afirmação, chamando a atenção para o fato de que a maioria das lesões relacionadas à corrida são crônicas, sendo mais rara a ocorrência de lesões agudas.  Nesse caso, a lesão não seria induzida pela magnitude da força aplicada ao solo pelo contato inicial do pé, mas estaria relacionada com a freqüência, a amplitude e o número de impactos subsequentes transmitidos a estruturas anatômicas específicas ao longo do tempo. Além disso, correr descalço poderia induzir outros tipos de lesões como ferimentos e laceração da pele, contusões plantares e fraturas dos metatarsos por estresse.

Enquanto a ciência não entra em um acordo, cabe a nós usar o bom senso na hora de escolher entre correr descalço ou correr com tênis. E cabe à indústria de tênis ganhar dinheiro em cima de prováveis soluções aos problemas apontados pela ciência. Se o problema em correr com tênis é que ele favorece o contato inicial com o calcanhar, a indústria lança um tênis que favorece o contato inicial com o antepé! Confira no vídeo abaixo!

Imagem do cabeçalho

As fotos do cabeçalho podem chamar a atenção de alguns visitantes, que acabam indagando o motivo de terem sido escolhidas para simbolizar o blog. Não foram escolhidas a fim de chamar a atenção ou chocar pela nudez, mas estão aqui como uma homenagem ao seu autor, o fotógrafo inglês Eadweard Muybridge (1830 – 1904).

Eadweard Muybridge

Mundialmente famoso pelas suas fotos sequenciais e câmeras estereoscópicas, seu método pode ser considerado precursor da cinemetria e do cinema de animação. Tudo começou quando, em 1872, o ex-governador da Califórnia Leland Stanford, apreciador de corridas de cavalos, decidiu provar cientificamente sua afirmação de que, em determinado instante do galope, todos os cascos do cavalo ficavam fora do solo.   Para desvendar esta questão, Muybridge contou com a ajuda do engenheiro John Isaacs e, após 6 anos de desenvolvimento metodológico, fotografou o galope de um cavalo quadro a quadro utilizando 24 câmeras. A sequência de fotos ficou conhecida como The Horse in Motion.

O experimento foi tão bem sucedido que, além de provar que o cavalo tira os quatro cascos do solo durante o galope, rendeu a Muybridge as honras da descoberta da análise do movimento por meio de fotografias, método conhecido hoje como cinemetria.

A partir da sua descoberta, Muybridge continuou fazendo uso do seu método para registrar o movimento de animais e pessoas nas mais diversas situações, comumente fotografadas despidas.

A biomecânica presente na paleontologia

Na edição de abril de 2010, a revista Science publicou dois artigos divulgando a descoberta do Australopithecus sediba, uma nova espécie de Australopithecus datando de cerca de 1,9 milhões anos. Foi encontrada parte das ossadas de dois exemplares desta espécie.  Com o auxílio de ferramentas computacionais comumente usadas em biomecânica, o esqueleto foi inteirmanete reconstruído em ambiente virtual.

No ano passado o Discovery Channel exibiu um programa sobre outra espécie, o Ardipithecus ramidus, onde ferramentas computacionais e modelagem matemática também foram usadas para predizer como essa espécie se locomovia, tendo como base alguns ossos encontrados em escavações. Confira no vídeo abaixo!