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ESCOLA TÉCNICA FUNDAÇÃO LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA ISABELLA DE CARVALHO SELBACH JEISSON ANDREI DE VARGAS REX FILHO MARIA EDUARDA BIZARRO DISPOSITIVO DE TENSIONAMENTO ANEXÁVEL À CATRACA DA SLACKLINE Orientador: João Batista Sá de Farias Novo Hamburgo 2016

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ESCOLA TÉCNICA FUNDAÇÃO LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA

CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA

ISABELLA DE CARVALHO SELBACH

JEISSON ANDREI DE VARGAS REX FILHO

MARIA EDUARDA BIZARRO

DISPOSITIVO DE TENSIONAMENTO ANEXÁVEL À CATRACA DA

SLACKLINE

Orientador: João Batista Sá de Farias

Novo Hamburgo

2016

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ISABELLA DE CARVALHO SELBACH

JEISSON ANDREI DE VARGAS REX FILHO

MARIA EDUARDA BIZARRO

DISPOSITIVO DE TENSIONAMENTO ANEXÁVEL À CATRACA DA

SLACKLINE

Relatório de Pesquisa apresentado

ao Curso de Mecânica da Fundação

Escola Técnica Liberato Salzano

Vieira da Cunha como requisito para

aprovação nas disciplinas do curso.

Orientador: Prof. João Batista Sá de

Farias

Novo Hamburgo, 13 de setembro de 2016.

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Isabella de Carvalho

Selbach Jeisson Andrei de

Vargas Rex Filho Maria

Eduarda Bizarro

Dispositivo de Tencionamento Anexável à Catraca do Slackline

Este relatório tem a finalidade de

participação em feiras de ciência e

tecnologia de ensino médio e

técnico.

Novo Hamburgo, 13 de setembro de 2015.

APROVAÇÃO

João Batista Sá de Farias

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RESUMO

Inicialmente tinhamos o projeto chamado "Cadeira Versátil", porém após uma

avaliação negativa da pré-banca, e o desisnteresse sobre o assunto, fira

decidido modificar o projeto para "Dispositivo de Tencionamento Anexável à

Catraca da slackline". Esta troca ocorreu no dia 30 de junho. O projeto se trata

de um dispositivo redutor de torque, para facilitar o tencionamento da fita da

(slackline). E para não ocorrer o erro do projeto anterior, o grupo recorreu à

avaliação de profissionais da área, sendo um deles o professor de Ed. Física

Gabriel Alves e a adeptos ao esporte, a fim de provar a necessidade de um

dispositivo o qual facilita o tencionamento da fita. Após o reconhecimento

positivo do projeto foram feitas pesquisas bibliograficas. Destacou-se a catraca

com força de tencionamento igual a 400 N, facilmente encontrada no mercado,

por isso escolhida para os cálculos do projeto, e confecção de um protótipo em

software 3D. Estas pesquisas e encontros com orientador nos auxiliaram

à escolha das engrenagens ultilizadas para esta confecção do dispositivo da

catraca e confecção da caixa das mesmas. O resultado deste dispositivo nos

deu que o torque reduziu em duas vezes, assim facilitando o tencionamento

da catraca da slackline. E mesmo sem a confecção de um protótipo,

conseguimos alcançar nosso objetivo geral. Se o projeto tiver uma avaliação

positiva da banca, terá continuidade para o PID 2017, a fim de uma confecção

do protótipo e avaliação da catraca para caminhões de carga.

Palavras-Chave: Catraca, slackline, tensionamento, engrenagem, Inventor.

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SÚMARIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................ ..5

2. REVISÃO DE LITERATURA .......................................................................... ..8

2.1Saúde e atividade física ................................................................................ ..8

2.1.1 Saúde proporcionada pelo Slackline ....................................................... ..8

2.2 Modalidades Slackline ................................................................................. ..9

2.3 Elementos da Slackline................................................................................ ..9

2.4 Força necessária para catraca ficar tensionadas ...................................... 10

2.5 Força de um ser humano ............................................................................. 10

2.6 Cálculos ........................................................................................................ 11

2.6.1 Cálculo do módulo ....................................................................................... 11

2.6.2 Para dimensionamento da engrenagem...................................................... 11

2.6.3 Distância entre eixos .................................................................................. 12

2.7 Normas .......................................................................................................... 12

3. MÉTODOS E PROCESSOS ............................................................................ 13

3.1Classificação ................................................................................................. 13

3.2 Leituras ......................................................................................................... 13

3.3 Projeto é válido, ou não? ............................................................................. 13

3.4 Projeção ........................................................................................................ 14

4. RESULTADOS E ANÁLISE ............................................................................. 16

4.1 Projeção ........................................................................................................ 16

4.2 Resultados .................................................................................................... 16

5. CONCLUSÃO .................................................................................................. 17

APÊNDICE A ....................................................................................................... 18

APÊNDICE B ....................................................................................................... 19

APÊNDICE C ....................................................................................................... 20

APÊNDICE D ....................................................................................................... 21

ANEXO A ............................................................................................................. 22

REFERÊNCIAL TEÓRICO ................................................................................... 23

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1. INTRODUÇÃO

O dispositivo de tensionamento é um acessório anexável à catraca do

equipamento da Slackline. Este, segundo GibbonSlacklines Brasil“[...] um

esporte de equilíbrio sobre uma fita de nylon, estreita e flexível, praticado

geralmente a uma altura de 30cm do chão. Sua origem vem da escalada,

popularizou-se como treino de equilíbrio [...]”)

Além do conhecimento das peças em que se consiste o equipamento,

também devemos ter certas precauções com a montagem para satisfação total

do esporte, como alerta o Manual de Instruções para Slackline da empresa

Stec (2014) enfatiza:

Durante a montagem da Slackline […] o esticador (catraca) deve ser

utilizado com a máxima atenção e sempre sob a responsabilidade de um

adulto. As voltas da cinta ao redor do esticador (catraca) não devem

exceder 2,5 voltas entorno do eixo. A tensão na alavanca do esticador não

deve exceder 440N para prevenir uma falha do sistema.

Porém, a partir de pesquisas de campo, onde fora perguntado para

praticantes do esporte, como por exemplo, professor de Ed. Física Gabriel

Alves (26/06/2016), atuante na Fundação Escola Técnica Liberato Salzano

Vieira da Cunha, descobriu-se que este tensionamento pode ser difícil de ser

realizado por todos os indivíduos, pois exige uma força a qual, às vezes, não

pode ser realizada individualmente.

O dispositivo de tensionamento planejado, consiste em adicionar uma

manivela ao eixo (onde a fita da Slackline enrola até ficar tencionada) da

catraca, e por relação de engrenagens, fazer com que o dispositivo a ser

anexada ao equipamento, reduza a força necessária a ser aplicada pelo

usuário.

A partir destas pesquisas, o grupo definiu o seguinte objetivo: Será

possível criar um dispositivo de tensionamento da Slackline onde a força

necessária seja reduzida de tal forma que uma única pessoa consiga fazer a

montagem do equipamento sem grande esforço?

Também foram definidos três objetivos específicos, esses para dar

suporte ao cumprimento de pequenas etapas até o objetivo geral ser concluído:

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projetar o dispositivo ou equipamento em software 3D; criar o dispositivo para

anexar a catraca e diminuir o esforço de tensionamento; criar o protótipo físico

do produto final.

Após a determinação dos objetivos, tornaram-senecessárias leituras

sobre o assunto Slackline, tornando o esporte mais presente no dia a dia. Em

busca de diminuir as variáveis que o esporte pode oferecer em relação a

melhoria da saúde e condicionamento físico, descobriu-se uma revista

importante para seguir os estudos sobre o esporte: Revista Universo SLACK

(2016). Na mesma, fora encontrado um artigo sobre os benefícios do esporte

segundos profissionais da saúde, salientando que a própria prática já previne

lesões, principalmente nas articulações dos membros inferiores.

Neste artigo, a revista afirma que:

[…] o slacker quando sobe na fita, recebe inúmeros estímulos

proprioceptivos, exigindo uma otimização no uso da musculatura agonista,

sinergista e antagonista, e quanto mais ele desenvolve sua habilidade de se

manter sobre a fita, mais desenvolve a capacidade de responder a um

estímulo, e quanto mais rápido consegue reagir a um estímulo, mais tempo

consegue ficar sobre a fita, gerando um ciclo virtuoso onde, ao final, o

praticante estará mais protegido de lesões torcionais não traumáticas.

Visto que, segundo a mesma revista,Slackline é um esporte que vem

atraindo adeptos a cada dia mais no Brasil. Também, já que cada vez mais, o

assunto não é tratado como uma brincadeira, a ideia sobre o dispositivo de

tensionamento ficou ainda melhor justificada e visivelmente necessária no meio

do esporte.

Havendo a confirmação de necessidade do dispositivo, de usuários à

melhoria de condicionamento físico, as etapas selecionadas para a criação do

projeto são: Pesquisas bibliográficas (referente à parte mecânica do

dispositivo); a verificação de debates e bibliografia do melhor protótipo para a

fabricação e dimensionamento; projeção do equipamento no software Inventor

2016; e se possível, confecção de um protótipo.

Concordando com MACHADO (2014), por ser um esporte novo, e ter

pouco estudo científico, é um mundo a ser explorado. Este projeto visa a

adição de um equipamento para auxiliar a prática do esporte Slackline,

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demonstrando de forma dinâmica com a utilização do recuso de software 3D e,

se possível, confecção de um o protótipo para auxiliar em futuros estudos na

área.

Ver Slackline em anexo A.

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2. REVISÃO DE LITERATURA

2.1 Saúde e atividade física

Se analisarmos a questão da saúde em perspectiva naturalista

(ASSUMPÇÃO et al. 2002), de que pouca atenção é dada à saúde pelos

interesses políticos e econômicos, à aptidão física e estios de vida ativa,

obteremos uma visão de uma postura individualista e biologista.

Porém, observando a importância que deveríamos ter com saúde e a

qualidade de vida, visto que segundo Sandra MahechaMatsudo, estudante do

Centro de Estudos do Laboratório de Aptidão Física de São Caetano do Sul,

um estilo de vida ativo é necessário para a promoção dos mesmos, ou seja,

atividade física regular contribui na prevenção e controle das doenças crônicas,

cardiovasculares e o câncer. A mesma enfatiza que mesmo sendo importante

praticar regularmente atividade física, também devemos adotar um estilo de

vida ativo no nosso dia a dia.

MATSUDO (2000) citado por ASSUMPÇÃO et al. (2002) afirma que:

[…] os principais benefícios à saúde advindos da prática de atividade física

referem-se aos aspectos antropométricos, neuromusculares, metabólicos e

psicológicos. Os efeitos metabólicos apontados pelos autores são o

aumento do volume sistólico; o aumento da potência aeróbica; o aumento

da ventilação pulmonar; a melhora do perfil lipídico; a diminuição da pressão

arterial; a melhora da sensibilidade à insulina e a diminuição da freqüência

cardíaca em repouso e no trabalho submáximo. Com relação aos efeitos

antropométricos e neuromusculares ocorre, segundo os autores, a

diminuição da gordura corporal, o incremento da força e da massa

muscular, da densidade óssea e da flexibilidade.

2.1.1 Saúde proporcionada pelo Slackline

Porém, algumas atividades físicas deveriam ser mais exploradas, uma

delas éSlackline (MACHADO, 2014). Por ser um exercício físico, sua prática

trará consequências positivas ao seu corpo, mente e saúde. Segundo

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STUPPIELLO (2016) duas dessas melhorias são o equilíbrio e a postura.

O equilíbrio se origina na prática de se equilibrar em cima da fita, o

mesmo é trabalhado a todo o momento, assim, os músculos responsáveis pela

estabilização são trabalhados o tempo inteiro. Afirma SODRÉ (2016) citado por

STUPPIELLO (2016) Consequentemente a propriocepção, que é a capacidade

em reconhecer a localização espacial do corpo, aumenta.

A postura se origina do equilíbrio, pela obrigação de ficar em cima da fita

por um grande tempo na postura correta, afirma STUPPIELLO (2016).

“Esse esporte precisa de uma sintonia entre a mente e o corpo, estimulando a

concentração e, principalmente a consciência corporal” afirma o atleta BRIDI

(2012) citado por SOARES e LEITE (2012).

2.2 Modalidades Slackline

Segundo GIBBON (2011), o esporte Slackline possui quatro

modalidades, entre elas o trickline, longline, highline e waterline. Cada uma

consiste em:

• Trickline: Praticado a partir de 60cm de altura, o trickline permite a

realização de manobras de saltos e equilíbrio extremo, exigindo do praticante

bastante preparo físico e treino.

• Longline: Fitas com comprimento a partir de 20 metros. Esta modalidade

exige do praticante bastante condicionamento físico.

• Highline: Alturas superiores a 5 metros. É necessário utilização de

equipamentos de segurança e conhecimento técnico de sistema de redução.

Além do preparo físico e concentração.

• Waterline: Praticado sobre a água. Seja em piscinas, rios ou praias.

Pode ser realizada com diversas manobras do trickline.

2.3 Elementos da Slackline

O equipamento, segundo o site Slack Curitiba (2016), consiste em:

• Backup: cinto de segurança do Slackline;

• Catraca: dispositivo para tencionar a fita;

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• Fita: pode ser chamada de corda é onde o atleta vai se locomover, pode

variar de 10m à 100m;

• Slackbag: fornecido por algumas empresas, uma sacola para guardar e

transportar o equipamento.

Dentro do meio Slackline, existem dois tipos diferentes de fita. As fitas de

50 mm são para equipamentos de iniciantes, muitas vezes sem uma

modalidade específica, porém derivadas do trickline. Segundo a BRIDI e

BARRETO (2015): A área de contato com a fita, junto à sua elasticidade

quando submetidas à grandes tensões, facilita e impulsiona a execução de

manobras. Afirmam que: O que vai definir o grau de dificuldade muitas vezes é

a distância, a altura e a tensão utilizada para esticar a fita, relacionada a

modalidade que o atleta deseja praticar.

Também existe a fita de 25mm, estas destinadas aos praticantes de

longline. Apesar de mais finas, afirmam BRIDI e BARRETO (2015), as fitas

possibilitam equilíbrio estático, portanto mais estáveis para travessias por

longas distâncias.

2.4 Força necessária para a catraca ficar tensionadas

Diferentes marcas representam diferentes tipos de tensionamento e

planejamento de seu equipamento. Em uma pesquisa online por 8 marcas

diferentes de Slackline, a édia de carga máxima atribuídas ao equipamento

variam de 1,5 à 5 toneladas. Para efeito de cálculo, a carga máxima utilizada

para o tensionamento da catraca será de 2,5 toneladas. Informação colhida da

empresa STEC (2015) por ser uma empresa com antecedentes, a qual trabalha

com equipamentos de segurança, portanto, confiável.

Informações com mais detalhes podem ser consultadas no apêndice A.

2.5 Força de um ser humano

Segundo CCOHS, o ser humano não tem um padrão a ser usado na

indústria quando o assunto é força. Fatores como peso do corpo, altura da

força aplicada, direção da força, postura, coeficiente de fricção, distância e

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duração podem ter variáveis discutíveis para esta informação.

A partir desta conclusão, obtiveram os seguintes resultados par uma

força aplicada horizontalmente:

225N (50lbf ou 23kgf): todo o corpo envolvido e de pé;

110N (24lbf ou 11kgf): em pé com os braços estendidos usando os músculos

dos ombros até as mãos;

118N (42lbf ou 19kgf): ajoelhado;

130N (29lbf ou 13kgf): sentado;

200N (45lbf ou 20kgf): força vertical estipulada.

2.6 Cálculos

Para execução da projeção é necessário alguns cálculos. Segundo

FILHO (1983) para dimensionarmos uma engrenagem ou distância entre elas,

utilizamos as seguintes equações:

2.6.1 Cálculo do módulo

m = 3^RAIZ[(2 x Mt x q) / (λ x Z1 x Ϭadm x e)]

q – dedução de Lewis

λ – b/m

e – fator de serviço

Z1 – número de dentes

Ϭa<Ϭadm

2.6.2 para dimensionamento da engrenagem

Cálculo da tensão

Ϭ = (ft x q) / (b x m x e)

Força tangencial

ft = (2 x Mt) / Dp

Diâmetro primitivo

Dp = m x Z

b = h x m

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Cálculo para número de dentes

Rt = Z2 / Z1

Onde, segundo FRANCESCHI e ANTONELLO (2014):

Dp – Diâmetro primitivo

f – pé do dente

h – altura do dente

e – espessura de dente

2.6.3 Distância entre eixos

Diâmetro primitivo

Dp = m x Z

Diâmetro externo

Dext = Dp +2m

Distância entre furos

Dist = (Dp1 x m1 + Dp2 + m2) / 2

Onde, segundo FRANCESCHI e ANTONELLO (2014):

De – Diâmetro externo

Di – Diâmetro interno

Dp – Diâmetro primitivo

2.7 Normas

Para a projeção da caixa de engrenagens, é necessário utilizar um anel

elástico. Este, por se tratar de uma engrenagem de Z = 30, segundo a norma

DIN 471, possui b = 3,5.

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3. MÉTODOS E PROCESSOS

3.1 Classificação

De acordo com o Manual de Orientações para Projetos de Pesquisa,

disponibilizado no site da escola Fundação Liberato, o projeto que visa anexar

uma manivela à catraca de tensionamento da fita da slackline é classificado

como uma Pesquisa Tecnológica, que de acordo com o mesmo, é uma

pesquisa científica aplicada, porém propõe-se a materialização de um produto,

protótipo, processo, instalação piloto ou um estudo de viabilização desses. As

pesquisas tecnológicas partem de um conhecimento pré-existente e por meio

da pesquisa, procura a produção de novos, aparelhos, materiais, produtos etc.

3.2 Leituras

Para aplicar o projeto, foi necessária uma pesquisa bibliográfica em cima

dos assuntos mecânicos envolventes ao dispositivo de tensionamento, como

por exemplo: dimensionamento da catraca tanto quanto a pesquisas teóricas

quanto medições manuais (realizado na oficina da Escola Fundação Liberato

Salzano Vieira da Cunha), sistemas de relação com engrenagens e manivelas.

Também foram necessárias pesquisas sobre o esporte, principalmente as

questões físicas, por exemplo: tensionamento da fita e catraca. Outras

pesquisas a serem feitas são as relacionadas com a biomecânica do corpo

(para ser descoberta a força realizada por um indivíduo na situação de

movimento de uma manivela).

3.3 Projeto é válido, ou não?

Após as pesquisas, a necessidade de validação para a ideia do projeto

se fez presente. As fontes seguras sobre a necessidade do de um dispositivo

de tensionamento foram retiradas das comprovações de reclamações orais

vindas de usuários de Slackline dos alunos do Curso Técnico de Mecânica.

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Também, após o término de do Plano de Pesquisa, o mesmo fora enviado a

profissionais da saúde, como por exemplo, ao Prof. Gabriel Alves e Grasiele

Almeida, conhecida do grupo e atuante na área.

Todas as solicitações sobre a necessidade do dispositivo foram

respondidas, a teoria de que a força usada para o tensionamento total do

equipamento, estipulada pelo grupo, foram comprovadas. ʺA ideia principal do

projeto é interessante, tendo em vista as frequentes dificuldades de montagem

do Slackline. Um equipamento de fácil instalação pode agregar mais

praticantes à modalidadeʺ foram as palavras utilizadas pelo professor ALVES

(2016) ao se referir ao equipamento em anotação no caderno de campo do

projeto.

3.4 Projeção

Com a validação do projeto, se fez necessário a projeção do

equipamento em software que pudesse reproduzir detalhadamente o

dispositivo. Por sugestão do orientador João Farias, o programa selecionado

fora o Inventor, segundo a distribuidora Autodesk, um software de engenharia

mecânica e CAD 3D Inventor. Oferece ferramentas profissionais de engenharia

mecânica 3D, documentação e simulação de produtos.

Porém, para executar a projeção, foram necessários alguns cálculos,

estes citados anteriormente.

Nestes cálculos (já referenciados anteriormente) fora considerado o

valor de força de tensão de 400N, STEC (2014). Este valor foi o escolhido para

esquematização de uma tabela Excel para o auxílio do grupo.

Ver tabela do Excel em Apêndice C.

Apesar de haver diversos estilos de catracas, pois como no esporte

existem algumas subdivisões, como dispositivo é feito para auxiliar quem não

tem experiência no esporte, não é um atleta, os valores utilizados foram os

fornecidos pela empresa STEC pois a empresa descreve que seus

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equipamentos são feitos para iniciantes no esporte, portanto, dados

compatíveis com os dados utilizados na pesquisa.

Ver projeção em apêndice B.

Obs.: Não adicionamos o anel elástico DIN 741 por problemas de

interferência no software Inventor. E por falta de conhecimento dos integrantes,

o movimento fiel à catraca não foi anexado, mas o movimento da manivela em

relação à caixa de engrenagens existe, e continua, fielmente o mesmo em

relação à prática.

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4. RESULTADOS E ANÁLISE

4.1 Projeção

Após o término da projeção, pôde-se analisar os resultados. Com a

criação da caixa de engrenagens possibilitou o aumento do torque. Porém, com

o término desta projeção em cima da hora, não é possível a criação do

protótipo, ainda mais por a escola não possuir o equipamento necessário para

a possibilidade de analise na prática.

Assim, os dados a serem analisados são apenas os cálculos teóricos.

4.2 Resultados

Apesar de não ter sido possível a confecção de um protótipo, apenas

com os cálculos teóricos foi possível provar a eficiência do projeto. O

dispositivo ampliou o torque em 2x reduzindo, assim, a força necessária para

tensionar o equipamento Slackline.

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5. CONCLUSÃO

O objetivo estipulado ao iniciar o projeto era: projetar um dispositivo

redutor que diminua o esforço físico necessário para tencionar o slackline.

Este dispositivo reduziu o momento torçor em 2x, alcançando a força

necessária para o tensionamento de 35N, esta inferior a força possível de um

ser humano de pé consegue fazer: 225N (CCOHS 2016).

Apesar do objetivo específico de criar um protótipo não ter sido

alcançado por falta de tempo, recursos e material não disponibilizado pela

escola e também a falta de comprovação prática pela não aquisição de um

dinamômetro, a projeção da catraca e do dispositivo anexável à mesma fora

reproduzida.. Portanto concluímos que o projeto fora satisfatório, e se houver

aprovação da banca, poderá ser utilizado e concluído com um protótipo no PID

do ano de 2017.

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APÊNDICE A

EMPRESA DESCRIÇÃO CARGA

Universo Slackline Catraca simples 3 toneladas

Mercado Livre Catraca simples 1,5 toneladas

Stamm Pro Slackline Catraca básica

extremamente resistente

5 toneladas

RealFitness Catraca de haste longa 1667kgf

Centauro 3 toneladas

ReaSlackline 3,5 toneladas

Stec Catraca para uma

pessoa; 150kg

2,5 toneladas

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APÊNDICE B

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APÊNDICE C – Cálculo do módulo

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APÊNDICE D - Cálculo dos momentos e comprimento da alavanca

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ANEXO A

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REFERÊNCIAL TEÓRICO

ASSUMPÇÃO, Luís Otávio Teles; MORAIS, Pedro Paulo de; FONTOURA,

Humberto. Relação entre atividade física, saúde e qualidade de vida.

Buenos Aires, setembro de 2002.

BRASIL, GibbonSlacklines. Modalidades. Disponível em:

<http://www.gibbonslacklines.com.br/sobre2.html>. Acesso em: 26/06/2016

BRIDI, Rafael; Barreto, Pietro. Slackline: 25 ou 50mm? Qual tipo de fita devo

comprar?. Juiz de Fora MG: Revista Universo Slackline: 2015. Disponível em:

<http://www.revistaslackline.com.br/single-post/2016/09/01/Fitas-de-slackline-

25-ou-50-mm>. Acesso em: 25/08/2016.

BRIDI, Rafael; Barreto, Pietro. Store. Juiz de Fora MG: Revista Universo

Slackline: 2015. Disponível em: <http://www.universoslackline.com.br/store/>.

Acesso em: 24/08/2016.

CANADIAN Centre for Occupational Health and Safaty.Push. Disponível em:

<https//:ccohs.ca/oshanswers/eryonomics/push1.html>. Acesso em:

29/08/2016.

FILHO, Marco Shipkovie. Engrenagem. Editora Guanabara. 2ª edição, 1983.

FRANCESCHI, Alessandro de; ANTONELLO, Miguel Guilherme. Elementos

de máquina. Rede e-Tec Brasil. Santa Maria: UFSM, 2014.

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