A ANÁLISE BIOMECÂNICA EM NATAÇÃO*.

Dr. Salvador Plana Belloch

Faculdade de Ciências da Atividade Física e o Esporte. Universitat de Valencia

1 INTRODUÇÃO A Biomecânica Desportiva é uma ciência de consolidação no âmbito científico internacional ainda muito recente. Seu objetivo é duplo: por um lado a melhora do rendimento desportivo e, por outro, a prevenção de lesões. Para conseguir estes dois objetivos, se centra na otimização da técnica desportiva e do material e equipamento utilizado pelos desportistas. Centrando-nos na natação, a Biomecânica Desportiva proporciona conhecimentos de aplicação geral às atividades aquáticas (por exemplo, o Princípio de Arquimedes para explicar a flutuação) e conhecimentos de aplicação específica (por exemplo, trajetórias e velocidades da mão durante a tração em qualquer dos estilos de competição). Ademais, como todas as ciências, proporciona um instrumental de medida que permite a análise e a avaliação da atividade natatória dos desportistas. Tradicionalmente, o dito instrumental foi muito caro e de difícil manejo, pelo que somente tem estado ao alcance de determinados centros de investigação (Centros de Alto Rendimento Desportivo, Faculdades e INEFs), mas desde faz uns anos estão aparecendo no mercado instrumentos de menor custo e de fácil manejo, o que faz possível sua aquisição por parte de entidades com melhores recursos econômicos. Na presente conferência se pretende dar uma visão ampla das contribuições que a Biomecânica Desportiva pode proporcionar ao mundo das atividades aquáticas e da natação desportiva. Para isso, o texto se apresenta em duas partes; a primeira proporciona os conceitos biomecânicos básicos que justificam o desempenho humano no meio aquático e, a segunda, apresenta o instrumental de medida mais freqüente utilização no estudo de dito desempenho.

2 CONCEITOS BIOMECÂNICOS BÁSICOS DO NADO

“dizem que 65% de nós é água, mas quando o ser humano se introduz no meio aquático se encontra num elemento estranho para o que estamos pobremente desenhados e onde nossa locomoção é pouco eficiente. Os peixes e outros animais marinhos estão equipados com aletas1 que são relativamente pequenas em comparação com o tamanho de seu corpo, os humanos tem os membros superiores e inferiores

* Artigo Disponível on line via: http://www.notinat.com.es/docs/analisis_biomecanico_en_natacion.pdf, tradução Leonardo Delgado, 11/02/2006. 1 Membranas eréctiles e dobráveis coladas ao corpo dos peixes; utilizadas para propulsar-se e para manobrar.

longos e delgados que proporcionam muito pouca superfície com a que interagir com o água.” (COUNSILMAN & COUNSILMAN, 1994).

O parágrafo anterior expõe a evidência de que o ser humano não está desenhado para a locomoção no meio aquático. Não obstante, a necessidade de cruzar rios, adentrar-se no mar, etc. obrigou ao ser humano a introduzir-se neste meio “estranho”. Como exemplo destas incipientes incursões no meio aquático se pode destacar que no Museu Britânico há uma vasilha asiria que data de 800 a.C. que mostra três guerreiros cruzando a nado um rio. Atualmente, o número de atividades que se realizam na água é imenso, incluindo atividades de caráter competitivo, recreativo e terapêutico. No entanto, não sempre foi tão recomendado e aceitado pela sociedade, como põe de manifesto o Dicionário Médico Londrino de BARTHOLOMEW PARR (1902): “O nado é um exercício laborioso que não deve ser realizado até a exaustão. Não é natural para o homem...”. O ineficiente desempenho do ser humano no meio aquático se deve às características próprias da água: um fluido denso e viscoso, no que resulta difícil aplicar forças propulsivas e onde as forças de resistência ao avanço são muito potentes. Para ter um bom entendimento da locomoção humana no meio aquático, é necessário conhecer que forças se põem em jogo quando este se submerge em seu interior.

A figura 1 mostra as quatro forças que regem o nado do ser humano: a força peso e o empuxo hidrostático determinam a flutuabilidade do nadador, enquanto as forças propulsivas e de resistência determinam sua velocidade de nado.

Figura 1.

A seguir se explicaremos, com mais de detalhes, como interagem estas quatro forças durante o nado.

2.1 Flutuação A flutuação de um corpo na água depende das forças que se apliquem num instante dado. Em repouso, a flutuação vem determinada pelo Princípio de Arquimedes, segundo o qual, “todo corpo submerso num fluido experimenta um empuxo vertical (direção) e ascendente (sentido) igual ao peso do volume de fluido desalojado”. Dito empuxo se denomina empuxo hidrostático (Eh). Conseqüentemente, quando uma pessoa se introduz no meio aquático, e não realiza nenhum movimento, sua flutuabilidade depende de seu peso e do empuxo hidrostático: quando o peso seja maior que o empuxo hidrostático se afundará e quando for menor boiará. As equações 1 e 2 mostram como, sendo a gravidade (g) e o volume do corpo e de água desalojada iguais, o que determina a flutuabilidade de um corpo é a relação de densidades.

Ec.1: Eh = magua g = vagua Págua g

Ec.2: P = mcorpo g = vcorpo Pcorpo g vagua = vcorpo

g = g pfluido ≠ pcorpo

A densidade da água varia ligeiramente com a temperatura, mas pode considerar-se próxima aos 1000 kg/m3. Aqueles corpos que tenham densidades superiores se afundarão, enquanto os que tenham densidades inferiores boiarão. O corpo humano não tem uma densidade homogênea, senão que existem diferenças importantes entre os diferentes tecidos que o formam. O mais denso é o tecido ósseo, com uns 1800 kg/m3, tecidos como o muscular, o tendinoso e o ligamentoso possuem densidades ligeiramente superiores às da água, uns 1020-1050 kg/m3, e, o único tecido menos denso do que o água, é o tecido adiposo, com uma densidade de uns 950 kg/m3. Portanto, o ser humano deveria afundar-se sempre por que não ocorre isto? A resposta há que a procurar no ar localizado em pulmões e vias respiratórias, já que a densidade do ar é umas mil vezes menor do que a do água, isto é, 1 kg/m3. Desta maneira, os pulmões atuam como bóias: durante a inspiração “se incham” e durante a expiração “se desincham”. Portanto, a habilidade o ser humano para boiar (flutuação passiva) depende, basicamente, de sua habilidade para expandir sua caixa torácica (figura 2).

Figura 2. Como mostra a figura 3, o peso e o empuxo hidrostático se aplicam em pontos diferentes: o peso se aplica no centro de gravidade, enquanto o empuxo hidrostático se aplica no centro de flutuação ou de carena. Desta maneira, um corpo em posição ventral se vê submetido a um momento tensor (par de forças) que obriga ao corpo a girar até que as linhas de ação das duas forças mencionadas sejam condizentes, coisa que ocorre quando o corpo fica em posição vertical e, sempre, com o centro de gravidade por embaixo do centro de flutuação.

Figura 3.

2.2 Resistência que Opõe a Água ao Avanço do Ser Humano Em Seu Interior

A resistência é uma força com a mesma direção e sentido contrário ao avanço, de maneira que dificulta ou impede o deslocamento de um corpo no seio da água. Quando o nadador se desloca na água aparecem três tipos de resistências: resistência de forma, resistência por mar agitado e resistência por fricção. 1. Resistência de forma ou pressão. É a mais importante das três e é devida a do que durante o nado se gera uma zona de alta pressão adiante do corpo e outra de baixa pressão por trás dele. Dito gradiente de pressões freia o avanço do corpo (figura 4). Isto é devido principalmente a que o água deixa de fluir laminarmente, aparecendo fluxos turbulentos.

Figura 4.

Este tipo de resistência pode quantificar-se mediante a equação 3 (formulada por Newton no s.XVIII), e que relaciona as diferentes variáveis que intervêm.

Ec. 3: Rde forma = ½ S Cx V2 p Onde: S = superfície frontal de contato Cx = coeficiente de forma ou penetrabilidade V2 = velocidade, elevada ao quadrado. p = densidade Esta equação é adequada para medir a resistência passiva, isto é, quando o nadador mantém uma posição fixa e é arrastado por algum mecanismo. No entanto, durante o nado os nadadores continuamente mudam o alinhamento de seu corpo e as posições de seus membros inferiores e inferiores. Por isso, para medir a resistência ativa há que mudar “S” pela chamada área superficial corporal “A .”Com isto, o “Cx”se transforma no coeficiente de resistência ativa, “CDa” (este coeficiente se calcula a partir do denominado número de Froude. Em general, a maior número de Froude menor resistência ativa e vice-versa):

Ec. 4: Ractiva = ½ S CDa V2 p Dado que a densidade não pode modificar-se (só um pouco com a temperatura) e a velocidade não interessa diminuí-la, senão tudo o contrário, para diminuir a resistência de forma há que tentar diminuir o coeficiente de resistência e a superfície frontal. Isto se consegue, basicamente, com um bom alinhamento do corpo, tal e como mostra a figura 5. Ademais, os nadadores podem experimentar certo nível de elevação “hidrodinámica”, o que diminui a superfície de choque com o água (TAKAGI & SANDERS, 2000). Do mesmo modo, um incremento da flutuação devido ao uso de trajes de neopreno pode diminuir a resistência nuns 15% (TOUSSAINT e cols. 1988). No dado oposto, um excessivo volume muscular pode ser contraproducente, já que aumenta a citada superfície frontal efetiva. Isto pode justificar o fato de que muitos nadadores pioram suas marcas depois de períodos de treinamento da força em seco: os ganhos em força não compensam o aumento de resistência associado ao incremento de volume muscular.

Figura 5.

2. Resistência devida ao mar agitado. É um tipo de resistência que aparece quando um corpo se move na interfase da água e o ar, pelo que não existe nos deslocamentos subaquáticos. As velocidades baixas é pouco importante, mas a altas velocidades pode chegar a converter-se na resistência mais importante (KREIGHBAUM & BARTHELS, 1990). É devida ao choque do nadador com a massa de água das ondas que se formam como conseqüência de seu avanço e, especialmente, dos movimentos ascendentes-descendentes dos segmentos corporais. Durante o nado subaquático depois das saídas e as viradas, não aparece este tipo de resistência. Os estudos de LITTLE & BLANKSBY (2000) indicam que a profundidade ótima deve oscilar entre 0´35-0´45 metros. Por outro lado, os estudos do próprio BLANKSBY (2000), e de SHIMIZU e cols. (1997), demonstram que a resistência ao avanço durante o nado subaquático diminui, somente, a velocidades superiores a 1,9 m/s. Aplicando a lei de ação-reação (terceira lei de Newton), ao chocar o corpo do nadador com as ondas, o água será deslocada para diante enquanto o nadador será deslocado para atrás. A perda em velocidade que experimentará o nadador será equivalente à quantidade por enquanto (P = m v) que este lhe aplique à massa de água que desloca para diante. Ao igual que ocorre com a resistência de forma, uma boa técnica diminui o mar agitado e, como conseqüência, a resistência associada ao mesmo. Assim, para dois grupos de nadadores com diferente nível técnico que nadam à mesma velocidade, o mar agitado é menor no grupo de maior nível técnico (TAKAMOTO, OHMICHI e MIYASHITA, 1985). Paradoxalmente, certo nível de mar agitado pode ser positivo no caso do estilo crawl, já que a depressão de água criada ao redor da cabeça facilita a respiração. A esta depressão de água se lhe denomina o “bolso de ar”, e é tanto maior quanta maior é a velocidade de nado. 3. Resistência por fricção ou devida ao arraste viscoso (superficial). É a menos importante das três e, no entanto, é a que mais a revolucionado a estética dos nadadores; durante décadas ao incitar-lhes à depilación e, atualmente, ao desenvolver-se maiôs de corpo inteiro. Seu valor é dependente da quantidade de superfície em contato com o água, da viscosidade do água (que pode modificar-se ligeiramente com a temperatura), do coeficiente de fricção da pele, cabelo e maiô, e da velocidade de nado. Os atuais maiôs de pele de tubarão permitem diminuir a resistência por fricção em cerca de um 8%. Esta redução é devida ao “efeito Riblet”, isto é; a pele do tubarão dispõe de uns microscópicos dentículos (figura 6) que originam vórtices verticais ou espirais de água, que permitem manter esta cerca da superfície evitando assim a aparição de zonas de baixa pressão e fluxos turbulentos. A investigação e desenvolvimento da pele de Riblet foi levada a cabo no Langley Research Center da NASA na década dos 80, e posta em prática pela

primeira vez no barco “Varras e estrelas” que ganhou a Cópa América de 1987. Durante mais de uma década os pesquisadores tentaram aplicar ditos conceitos aos trajes de nado, mas só recentemente se desenvolveram trajes realmente eficazes.

Figura 6.

2.3 Propulsão Na maioria de livros e artigos que tratam sobre o tema, aceita-se que são dois as leis do movimento que justificam a propulsão dos nadadores: a lei de ação-reação e o teorema de Bernouilli. No entanto, ainda existe certa controvérsia com respeito a sua contribuição, especialmente desde que em meados de 1980 se postulou a possibilidade de gerar propulsão em base à formação de vórtices (COLWIN, 1984, 1985). Grande parte da investigação em biomecânica do nado da última década foi encaminhada a desvelar este problema (Arellano, 1996) mas ainda estamos longe de uma teoria unificada que explique a propulsão humana no meio aquático. A seguir se fará um breve repasso histórico de como foram surgindo as diferentes hipóteses citadas no parágrafo anterior. Até a década de 1960 não existia um suporte científico às diferentes técnicas natatórias, cada treinador tinha sua própria opinião baseada em sua experiência pessoal e em observação dos melhores nadadores. Em 1968 J. COUNSILMAN postulou que a propulsão gerada pelas mãos dos nadadores podia ser explicada mediante a lei de ação-reação (terceira lei de Newton). Segundo seus postulados a mão devia entrar na água com o cotovelo estendido, para posteriormente flexionar-se e voltar-se a estender. Desta maneira resultaria possível empurrar o água durante um maior percurso horizontal para atrás e, por reação, deslocar seu corpo para diante a maior velocidade. A aceitação desta teoria conhecida como teoria propulsiva de arraste, deu lugar à terminologia ainda hoje utilizada de:

Puxão: primeira metade da tração, quando o cotovelo se flexiona. Empuxo: segunda metade da tração, quando o cotovelo se estende. Assimilando a propulsão aquática à terrestre, postulou-se que a trajetória da mão devia ser retilínea (figura 7). No entanto, cedo resultou patente que os melhores nadadores não realizavam trajetórias retilíneas, senão que as mãos descreviam um padrões curvilíneos (figura 8). Não obstante, longe de revogar a propulsão mediante a lei de ação-reação, chegou à conclusão de que esta trajetória permitia empurrar melhor o água para atrás devido a do que as mudanças de trajetória da mão permitiam ao nadador “apoiar-se em águas quietas”: uma vez o água é acelerada para detrás, adquire momento linear (quantidade de movimento; P = massa x velocidade) de maneira que seguir acelerando-a resulta tanto mais difícil quanto maior é sua velocidade, portanto, ao modificar a trajetória da mão se consegue mover águas que não possuem momento linear (águas quietas = sem momento linear).

Figura 7.

Figura 8.

Até ditas datas todos os estudos relativos à propulsão se tinham realizado tomando como sistema de referência o corpo do nadador, o que se conhece como um sistema de referência local, isto é, que se representa a trajetória da mão em relação a um sistema de referência móvel. No ano 1971 BROWN e COUNSILMAN publicam os resultados do primeiro estudo utilizando um sistema de referência inercial ou fixo. Este estudo é considerado, em palavras de MAGLISCHO (1993) como “a mais importante contribuição à biomecânica da

natação até a década dos 70”. Neste clássico estudo se filmaram mediante técnicas de fotogrametría estroboscópica nadadores que portavam luzes em suas mãos numa piscina escura. Os resultados foram surpreendentes: as trajetórias descritas pelas mãos tinham um componente mais vertical e/ou lateral que horizontal para atrás. Em outras palavras, os nadadores se propulsam utilizando movimentos de zingladura nos que os movimentos da mão para acima-abaixo e para dentro-fora são mais importantes do que os movimentos para atrás. Estes resultados contradiziam a teoria até a data aceitada, já que o movimento para atrás da mão não é o movimento mais significativo durante a tração subacuática. BROWN e COUNSILMAN postularam que os movimentos curvilíneos ou de zingladura eram propulsivos devido a que geravam a denominada força de elevação ou sustentação cuja geração se explicaria pelo denominado teorema de Bernouilli: “a velocidade das partículas de um fluido e a pressão que estas exercem lateralmente, são valores inversamente proporcionais, isto é, que sua soma tende a permanecer constante”. Este princípio de Bernouilli , indica que quando aumenta a velocidade do fluido a pressão que dito fluido exerce diminui e vice-versa. Conseqüentemente o gradiente de pressões que se gera, cria uma força ascensional ou de sustentação. A força de sustentação é evidente quando o sólido que viaja através do fluido apresenta um perfil assimétrico, como a asa de um avião ou a de um pássaro (figura 9).

Figura 9.

Este teoria adquiriu grande aceitação nas décadas dos 70 e 80, de maneira que a força propulsiva seria a soma de dois componentes; o componente da força de arraste e o componente da força de sustentação. Assim, a força produzida pela mão dos nadadores se podia determinar segundo indica a equação 5:

Ec. 5: Fhidrodinámica = ½ (CL + CD ) S V2 p Onde: CL = coeficiente de sustentação CD = coeficiente de arraste S = superfície frontal de contato V2 = velocidade, elevada ao quadrado p = densidade Em 1977 R. SCHLEIHAUF realizou uma réplica em plástico da mão e a introduziu num canal de água que se deslocava a velocidade conhecida, medindo

desta maneira os valores da força de arraste e a força de sustentação em função do ângulo de ataque da mão e da velocidade do água (figura 10). Ditos estudos foram replicados por Berger e cols. (1995), quase duas décadas depois, com resultados similares.

Figura 10: Resultados obtidos nos estudos de Schleihauf (1979) para determinar os valores dos coeficientes de sustentação (lift) e de arraste (drag). Em meados da década dos 80 aparece uma nova perspectiva no estudo da propulsão humana no água que recebe o nome de hipótese “ propulsiva dos vórtices” (COLWIN, C. 1984; 1985a). Surge como conseqüência do estudo do nado dos peixes e das correntes de água que são geradas durante os movimentos propulsivos, e é a primeira vez que se aplicam conhecimentos de dinâmica de fluidos para explicar a propulsão humana durante o nado. Os vórtices surgem como conseqüência do princípio de conservação do momento e como conseqüência do gradiente de velocidades (e pressões) ao redor de um determinado perfil segundo indica o teorema de Bernouilli. A figura 11 mostra as ilustrações realizadas pelo próprio Colwin para indicar como se formam os vórtices.

Figura 11.

3 INSTRUMENTAL DE MEDIDA PARA A ANÁLISE E A AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE NATATÓRIA

Tradicionalmente, as ferramentas ou instrumental de medida que a Biomecânica Desportiva contribui para a análise e avaliação das práticas físico-desportivas se classificam em dois grandes grupos (BRIZUELA e PLANA, 1997):

- Ferramentas para a análise cinemático do movimento - Ferramentas para a análise cinética do movimento

3.1 Ferramentas para a Análise Cinemático do Movimento O instrumental para análise cinemática oferece informação sobre o movimento para uma análise descritiva do mesmo, sem ter em consideração as forças que originam o movimento. Os dados contribuídos por este grupo de ferramentas se expressam em termos de deslocamentos, velocidades e acelerações lineares e/ou angulares. Dentro deste grupo, aparecem vários tipos de ferramentas:

- Goniômetros para medir ângulos entre segmentos articulados. - Acelerômetros para medir acelerações, geralmente usados em

impactos - Fotocélulas e plataformas de contato para medir tempos parciais ou

de vôo. - Câmaras de vídeo para análises qualitativas e quantitativos da

atividade desportiva. - Cabo-velocímetro: se explicará na conferência do Dr. Víctor Tella

Muñoz - Outros.

De entre todos eles, tão só as câmaras de vídeo (também de cinema, mas na atualidade cada vez menos) são profusamente usadas na análise temporária e da técnica natatoria. Falaremos em primeiro lugar do estudo da técnica de nado e, em segundo lugar, dos sistemas de análise temporária. ANÁLISE DA TÉCNICA DE NADO. Até a década de 1980, os dados e referências que se dispunham para explicar e justificar os movimentos técnicos dos nadadores eram fundamentalmente qualitativos. Com motivo dos JJOO de Los Angeles em 1984 realizou-se uma exaustiva análise da técnica dos nadadores da equipe americana concentrado em Pau Alto (California). Dito estudo correu a cargo uma equipe liderada por Schleihauf, onde figuravam alguns dos mais reputados especialistas tanto em natação, como Ernest Maglischo, como em Biomecânica Desportiva, como o espanhol Jesús Dapena.

Dito estudo se realizou com câmaras de cinema, mas a metodologia utilizada é similar à atualmente em vigor, e que se explica a seguir. Em natação, a trajetória dos diferentes segmentos corporais, e fundamentalmente as mãos, ocorre em mais de um plano. Com o objeto de poder realizar análises tridimensionais (3D), requer-se um mínimo de 2 câmaras para ver os movimentos subaquáticos, e outras duas para ver os movimentos aéreos. Estas câmaras têm de situar-se de maneira que em todo momento se observem os pontos anatômicos de interesse durante a filmagem, pelo que geralmente se localizam formando um ângulo de 70-90º entre si. Nestes estudos, denominados de fotogrametría (medida da informação contida em fotogramas), o corpo humano (ou uma porção deste) tem de ser simplificado a um modelo de segmentos articulados entre si delimitados por referências externas (marcadores) que determinam os segmentos do corpo humano que interessa estudar (figura 12). Estes marcadores permitem, uma vez digitalizada a filmagem, criar sistemas de coordenadas locais em cada segmento, com o que se podem conhecer suas posições relativas, isto é, os ângulos formados entre os segmentos. Por exemplo, que no instante de tempo 0 (início da digitalização) o ângulo formado entre o antebraço e o braço seja de 90º, e no instante de tempo 0´5 (meio segundo depois) seja de 175º.

Figura 12: Modelo “alámbrico” de 14 segmentos do corpo humano utilizado por Cappaert e cols (1996) para a análise da técnica de nado no Campeonato do Mundo de 1991 e nos JJOO de 1992. Antecipadamente à filmagem das cenas de estudo, tem de filmar-se um sistema de referência (SR), isto é, há que filmar uma estrutura de dimensões conhecidas (geralmente de características cúbicas), que determina o volume espacial no que se tem de realizar o movimento de estudo. Depois de filmar as cenas nas duas câmaras de vídeo se digitalizam os resultados de maneira independente, isto é, que se obtêm as coordenadas planas (2D) de cada uma das câmaras. No caso do nado, a digitalização tem de ser manual, o que enlentece e faz muito laborioso o trabalho. Depois da digitalização se obtêm duas matrizes de coordenadas planas que se combinam para obter as coordenadas tridimensionais em função do tempo de cada marcador do modelo de corpo humano utilizado. Esta combinação se realiza mediante uns algoritmos denominados DLT ou transformação linear direta (Abdel-Aziz e Karara, 1971). Posteriormente, as gráficas temporais são suavizadas mediante filtros digitais ou mediante funções

“spline” com o propósito de reduzir o erro associado ao processo de digitalização. Finalmente, das gráficas das funções temporárias das variáveis cinemáticas suavizadas se extraem os parâmetros de interesse com os que se realizará o tratamento estatístico oportuno. A figura 13 mostra um exemplo de resultados utilizando esta metodologia (Sanders, 1996). Pode observar-se o modelo utilizado, bem como os ângulos de tronco e de quadril durante um ciclo de nado em estilo braça.

Figura 13: Comparação entre os ângulos de tronco e quadril para a braça ondulatória (aporta) e a braça plana (abaixo). Sandres, 1996. Desta maneira, Schleihauf e cols. (1986) obtiveram as primeiras gráficas válidas, fiáveis e precisas das trajetórias das mãos durante o nado dos 4 estilos competitivos. Ditas gráficas foram profusamente reproduzidas, as figuras 14, 15, 16 e 17 mostram algumas de ditas gráficas extraídas do livro “Swimming even faster” de E. Maglischo (1993).

Figura 14. Velocidade de tração das mãos e velocidade de avanço do corpo para o estilo crawl. Maglischo, 1993.

Figura 15. Velocidade de tração das mãos e velocidade de avanço do corpo para o estilo borboleta. Maglischo, 1993.

Figura 16. Velocidade de tração das mãos e velocidade de avanço do corpo para o estilo costas. Maglischo, 1993.

Figura 17. Velocidade de tração das mãos e velocidade de avanço do corpo para o estilo braça. Maglischo, 1993. Este tipo de estudos requerem de um instrumental e de um pessoal de laboratório altamente qualificado, pelo que estão ao alcance exclusivamente de Centros de Alto Rendimento Desportivo ou de Faculdades. SISTEMA DE ANÁLISE TEMPORÁRIA EM NATAÇÃO (TSAS). Foram Absaliamov & Timakovoy (1983) os primeiros em utilizar o termo “análise da atividade competitiva” para apresentar os resultados dos JJOO de Moscou 1980. Na atualidade, dito método é amplamente utilizado em muitos países em seus campeonatos nacionais e, por seu posto, na LEN, a FINA e o COI permitem desde faz umas duas décadas que grupos de pesquisadores realizem ditas análises nos campeonatos por eles organizados. Dita análise se fundamenta num modelo de rendimento no que o tempo total de nado se divide em trechos mais curtos, tal e como se indica a seguir:

Para poder realizar estes estudos é necessário localizar 2 ou 3 câmaras de vídeo perpendiculares às ruas da piscina e a uma distância que o plano de filmagem registre todo o nado. A figura 18 mostra um exemplo de um destes Sistemas de Análise Temporária em Natação (TSAS).

Figura 18. TSAS para piscina de 50m proposto por Arellano (1993).

Com estes sistemas se obtêm resultados como os indicados na tabela 1. A análise de ditos dados revela como o melhor tempo de M. Foster se fundamenta numa excepcional saída e uma boa virada, enquanto seu tempo de chegada é o pior de todos os competidores no Campeonato de Europa em Piscina Curta celebrado em Valencia em 2000. O espanhol J.L. Uribarri destaca por ter a melhor viragem de todos.

Tabela 1. Análise temporária da prova de 50 borboleta nos Campeonatos de Europa em Piscina Curta celebrados em Valencia, 2000. (http://swim.ee). A figura 19 mostra o “teste de 50m + viragem” desenvolvida no CAR de Serra Nevada sob a direção do Dr. Raúl Arellano. Este é um exemplo de como os TSAS permitem realizar estudos detalhados do rendimento em natação.

Figura 19. Relatório completo do teste 50m + viragem. García e cols. 2001.

3.2 Ferramentas Para A Análise Cinética Do Movimento As ferramentas para a análise cinética permitem obter informação sobre os ônus mecânicos que geram o movimento. Este instrumental permite o registo de forças, momentos (torques) e pressões actuantes sobre o corpo humano em sua interação com o meio. Dentro deste grupo, encontramos os seguintes tipos de ferramentas:

- Medição de forças: transdutores de deformação (geralmente galgas extensométricas), células de ônus e plataformas dinamométricas.

- Medição de pressões: pequenos transdutores presurométricos (geralmente piezoeléctricos) introduzidos em estruturas rígidas,

como plataformas, ou em superfícies flexíveis, como planilhas ou luvas.

De entre todos estes, os mais utilizados em natação são as plataformas dinamométricas, as células de ônus e as luvas instrumentadas. PLATAFORMAS DINAMOMÉTRICAS (Ou DE FORÇA) As plataformas dinamométricas são, possivelmente, a ferramenta mais utilizada no âmbito da Biomecânica Desportiva. Permite registrar as forças de reação durante a interação do desportista, geralmente seus pés, com superfícies sólidas, geralmente o solo. Trata-se de estruturas sólidas e pesadas, e que têm de fixar-se solidamente ao solo, pelo que se requer que o laboratório ou zona de uso esteja preparado para isso (figura 20).

Figura 20: Duas plataformas, com sensores de tipo extensométricos, utilizadas para o registo de forças de reação no laboratório do INEF de León (Aguado e cols. 1997). Observe-se a infra-estrutura necessária para sua correta fixação ao solo. No caso da natação, utilizam-se para avaliar a eficiência da impulsão durante a saída e durante a virada, quando os pés estão em contato com o poyete e com a parede respectivamente. Para poder colocar a plataforma no poyete ou na parede da piscina, é necessário preparar a instalação: no caso do poyete se deve extrair a parte superior do mesmo e introduzir uns ancoragens desenhados especialmente (figura 21), mas no caso das viradas é necessário realizar operações de alvenaria, o que dificulta enormemente a possibilidade de seu uso (em Espanha não existem instalações preparadas para este último caso).

Figura 21: Plataforma, com sensores de tipo piezoeléctricos, atualmente utilizada no CAR de Sierra Nevada (García e cols. 2001). Pode observar-se os ancoragens necessários para sua correta fixação.

A plataforma registra as forças nas três direções do espaço: mediolateral ou eixo x, anteroposterior ou eixo e, e vertical ou eixo z (figura 22). No caso das saídas os critérios de eficácia são:

- que as forças anteroposteriores (eixo e) sejam máximas. - que as forças verticais (eixo z) não ultrapassem em mais de um 25%

a força peso do nadador - que as forças mediolaterales (eixo x) sejam nulas.

Figura 22: Registo das forças vertical (azul) e anteroposterior (verde) durante uma saída. Em vermelho aparece o pulso do sinal de saída (García e cols. 2001). CÉLULAS DE CARGA As células de carga são captadores unidirecionais baseados geralmente em transdutores extensométricos. Atualmente, existem células de ônus comerciais que permitem registrar tanto tração como compressão. No caso da natação foram profusamente utilizadas para medir a “força de arraste”, isto é, a força que aplica o nadador estando atado com um cinto a um cabo ou borracha conectada com a célula de ônus (figura 23).

Figura 23: Nadador “atado” com um cabo a uma célula de carga. A união do nadador à célula de ônus pode ser mediante um cabo inextensible ou mediante borrachas elásticas. O cabo inextensible tem a vantagem de não se deformar, pelo que a força aplicada se transmite integralmente à célula. No entanto, tem o grande inconveniente de gerar um retrocesso do nadador, ou ao menos uma diminuição na tensão do cabo, durante as fases de menor propulsão, o que ocasiona a aparição de forças de impacto cada vez que o cabo se volta a tensionar. Deste modo, este método de avaliação da força é dificilmente aplicável a situações de nado com pouca continuidade propulsiva (braça, borboleta, nadadores descapacitados, só braços, etc.).

Uma alternativa à medição com cabo de aço são as borrachas cirúrgicas (Arellano, 1992; Platonov, 1988; Keskinen, Tilli e Komi, 1989) previamente calibradas. Este elemento permite o avanço do nadador enquanto se mede sua força propulsiva e evita a geração de forças de impacto (figura 24).

Figura 24: Registos com cabo (vermelho), e duas borrachas de diferente resistência (azul e verde). Observe-se os bicos e vales que aparecem ao registrar com cabo. O uso de borrachas permite, ademais, o cálculo de outras variáveis biomecánicas de interesse. Devido a que previamente se calibraram, pode-se calcular o avanço do nadador. Com isto e com o tempo se calcula a velocidade de nado e, o que é mais importante, com a velocidade e a força registrada se pode calcular a potência desenvolvida pelo nadador (figura 25).

Figura 25: Gráfica de força, posição (avanço), potência e velocidade de nado com borracha e célula de ônus (Brizuela e cols., 2000). LUVAS INSTRUMENTADAS A propulsão gerada pelos membros superiores é a principal responsável do avanço do nadador durante o nado (a exceção da braça). A força propulsiva gerada pelas mãos vem definida pela equação nº 5 da página 14, mas dita equação só permite cálculos aproximados. Ademais, os estudos de Schleihauf (1979) e os de Berger e cols. (1995) utilizaram um modelo de mão que introduziam em canais de água para determinar os valores de força. Uma aproximação bem mais real é a levada a cabo por Takagi & Wilson (1999) utilizando uma luva instrumentada com transdutores na palma e no dorso (figura 26). Ditos transdutores permitem registrar o componente

perpendicular da força hidrodinámica. Os resultados obtidos ao medir a braçada de crawl (figura 27), mostram como a maior parte da força se produz para o final da braçada, quando o nadador realiza os varridos para adentro e para acima.

Figura 26: Fotografia e esquema da luva instrumentada com 8 transdutores de pressão utilizado para medir a força hidrodinámica durante o nado real ( Takagi & Wilson, 1999).

Figura 27: Gráfica da força hidrodinámica atuando sobre a mão durante cinco ciclos de crol. As figuras de acima indicam os diferentes instantes da braçada (Takagi & Wilson, 1999).

BIBLIOGRAFIA Abdel-Aziz, E.I.; Karara, H.M. (1971). Direct linear transformation from comparator coordinates into objectspace coordinates in close range photogrammetry. Em American Society of photogrametry: Simposium on close range photogrametry. Arellano, R. (1992). Avaliação da força propulsiva em natação e sua relação com o treinamento e a técnica (Tese doutoral). Universidade de Granada, Instituto Nacional de Educação Física. Granada.

Berger, M.A.m.; Groot, G.; Hollander, A.P. (1995). Hydrodinamic drag and lift forces on human hand/arm models. Journal of Biomechanics. 28. 125-133. Blanksby, B. (1999). Gaining on turns. www.education.ed.ac.uk/swim/bb.html A análise biomecánico em natação. Dr. Salvador Plana Belloch Hopper, R.T. (1983) Measurement of power delivered to an external weight. Em: Hollander, A.P. (Edit.) Biomechanics and Medicine in Swimming. Human Kinetics, Champaign, Illinois: 113-119. Keskinen, K.; Tilli, L.; Komi, P.V. (1989) Maximun velocity swimming: Interrelationships of stroking characteristics, force production and anthropometric variáveis. Scand. J. Sports Sci. 11, 2: 87-92. Little, A.; Blanksby, B. (2000). A look at gliding and underwater kicking in the swim turn. www.education.ed.ac.uk/swim/bb.html Magel, J.R. (1970) Propelling force measured during tehtered swimming in the four competitive swimming styles. The Research Quaterly 41, 1: 69-74. Navarro, F.; Arellano, R.; Carneiro, C.; Gozálvez, M. (1990) Natação. Comitê Olímpico Espanhol. Platonov, V.N. (1988) L’Entrainement Sportif. Revue EPS, Paris. Sanders, R.H. (1999). Hydrodynamic characteristics of a swimmer´s hand. Journal of Applied Bimechanics. 15. 3-26. Schleihauf, R.E. (1979) A hydrodinamical analysis of swimming propulsion. Em: T. Bedingfield (Edit.) Swimmnig III. Third International Symposium of Biomechanics in Swimming. Baltimore, Maryland. University Press: 70-109. Takagi, H.; Wilson, B. (1999). Calculating hydrodydamic force by using pressure differences in swimming. Biomechanics and Medicine in Swimming VIII. 101-106. Zatsiorski, V.M.; Safarian, I.G. (1972) Exame dos fatores para determinar a velocidade máxima em estilo livre. Theorie und praxe der korperkultur (Traduzido por Centro de Investigação Documentação e Informação, INEF-Madri) 21, 8: 1-25

ÍNDICE 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 1 2 CONCEITOS BIOMECÂNICOS BÁSICOS DO NADO.................................... 1

2.1 Flutuação ................................................................................................. 3 2.2 Resistência que Opõe a Água ao Avanço do Ser Humano Em Seu Interior................................................................................................................. 5 2.3 Propulsão................................................................................................. 8

3 INSTRUMENTAL DE MEDIDA PARA A ANÁLISE E A AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE NATATÓRIA..................................................................................... 12

3.1 Ferramentas para a Análise Cinemático do Movimento......................... 12 3.2 Ferramentas Para A Análise Cinética Do Movimento ............................ 18

BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 22