Curso de Fisioterapia
Disciplina de Biofísica
Prof. Valnir de Paula
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Biomecânica
Introdução
 MECÂNICA é o ramo da Física que estuda o movimento dos
corpos do Universo, ou seja, como eles mudam de posição,
no decorrer do tempo, com relação a um sistema de
referência pré – determinado.
 A BIOMECÂNICA é o estudo da mecânica dos organismos
vivos. É o estudo da estrutura e da função dos sistemas
biológicos utilizando métodos da mecânica.
 A Biomecânica externa estuda as forças físicas que agem
sobre os corpos enquanto a biomecânica interna estuda a
mecânica e os aspectos físicos e biofísicos das articulações,
ossos e tecidos do corpo.
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Aplicações das Leis de Newton
1ª Lei de Newton: Lei da Inércia
“Num sistema de referência inercial, um corpo que não está
sujeito a nenhuma força externa se mantém em repouso ou se
move com velocidade constante.”
 Esta lei traduz a ideia de que existe um referencial em que o
estado de movimento de um corpo isolado (não sujeito a
forças) permanece inalterado, isto é, inerte.
 Uma força é então requerida para mudar o estado de
movimento de um corpo.
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Aplicações das Leis de Newton
Lei da Inércia
 Inércia é a propriedade que os corpos têm de se manter no
estado em que se encontram.
 Se está em repouso, quer ficar em repouso (A). Se está
em movimento quer continuar naquele tipo de movimento
(B).
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Aplicações das Leis de Newton
2ª Lei de Newton
(princípio fundamental da dinâmica)
“ A mudança de movimento é proporcional à força motora
imprimida, e é produzida na direção de linha reta na qual
aquela força é imprimida”
F=mxa

 F
a
m
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Aplicações das Leis de Newton
2ª Lei de Newton
(princípio fundamental da dinâmica)
 Nessa formulação está implícito que o efeito, a aceleração a
adquirida pelo corpo, está diretamente relacionado à sua
causa, que é a força F, através da massa m.
 Pode-se usar esta equação para se determinar as forças a
partir das acelerações observadas.
 Lesões provocadas por aceleração ou desaceleração são
causadas pela transferência da energia necessária para
mover um corpo em repouso ou pará-lo quando em
movimento.
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Aplicações das Leis de Newton
3ª Lei de Newton: Ação e Reação
“As ações mútuas entre dois corpos são sempre iguais e
contrárias, isto é, a cada ação corresponde uma reação igual e
oposta.”
Esta lei relaciona as forças de interação entre dois corpos
quaisquer
F12= - F21
É importante notar que as forças estão agindo em corpos
diferentes, isto é, F12 é a ação do corpo 1 sobre o corpo 2,
enquanto que F21 é a reação do corpo 2 sobre o corpo 1.
F21
1
2
F12
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Aplicações das Leis de Newton
Aplicação da 3ª Lei de Newton
 A corrida é uma atividade de alto impacto, se comparada à
caminhada. Estudos mostram que durante a corrida, a força de
reação do solo é de 2 a 3 vezes o peso corporal, o que significa
que ao correr, uma pessoa de 70 kg pode receber impacto de
cerca de 200 kg a cada passada.
 No basquetebol essa força ultrapassa 5
vezes o peso corporal;
 No salto em altura, 11 vezes;
 No salto triplo, a força de reação do
solo pode passar de 20 vezes o peso
corporal. Isso quer dizer que um atleta
com os mesmos 70 kg receberia um
impacto de 1400 kg.
Impacto articular
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Força gravitacional
 Um exemplo de como uma força está relacionada às suas
causas (origens) pode ser visto na lei universal de
gravitação.
 Essa lei afirma que “um corpo de massa M em presença de
outro de massa m, a uma distância d, está sujeito a uma
força atrativa.
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Efeitos da Gravidade no Corpo Humano
 Um dos importantes efeitos médicos da força gravitacional é
a formação de veias varicosas nas pernas quando o sangue
venoso viaja contra a força da gravidade no seu caminho de
volta ao coração.
A bomba plantar
 Cada vez que pisamos o sangue
acumulado nos pés é bombeado para
cima. Por isto é tão importante caminhar.
A bomba muscular da panturrilha
 A contração dos músculos da perna
também serve de bomba para o retorno
venoso.
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Centro de Massa (centro de gravidade)
 Centro de massa de um corpo é o ponto médio de toda a
massa que o constitui. O centro de massa não precisa
coincidir com o centro geométrico (centróide). Na verdade,
nem ao menos precisa estar dentro do corpo.
Na figura, o pássaro está apoiado
apenas pelo bico (centro de massa),
com o restante do corpo suspenso,
em equilíbrio.
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Centro de Gravidade
 Existe, em todos os corpos, um único ponto em relação ao
qual o torque de sua força peso é sempre nulo. Tal ponto é
conhecido como centro de gravidade (CG) do corpo.
 Uma consequência imediata é o fato de que o ponto de
aplicação da força peso resultante sobre o corpo é o centro
de gravidade.
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Centro de Gravidade
 Na gestação, o desvio do CG é um fator que contribui para o
aumento da dor na coluna, presente em cerca de 90% das
mulheres grávidas.
 À medida que a barriga cresce, o centro de gravidade é
alterado e a curvatura da coluna costuma se acentuar cada
vez mais.
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Condições de Equilíbrio Estático
 Um corpo submetido à ação de forças pode estar em
repouso, em movimento de translação ou de rotação.
 Se o corpo estiver em movimento sem rotação, a soma
dos torques produzidos por todas as forças externas em
relação a um ponto qualquer deve ser nula.
 Diz-se que o corpo está em
equilíbrio estático se a
soma das forças externas
e de seus torques forem
nulas.
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Forças de Tração (ou Tensão)
 Um corpo sob a ação de duas forças opostas de igual
intensidade que o puxam se mantém em repouso. Diz-se
que o corpo está sob a ação de forças de tração.
F1 = F2
 Uma corda flexível, tal como um tendão, pode ser usada
para mudar a direção de uma força sem mudar sua
intensidade.
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Forças de Tração
 Este fato é de grande importância em biomecânica, onde
tendões são usados para mudar a direção da força de um
músculo. Estes tendões passam por ossos ao invés de
roldanas. No corpo, fluidos lubrificantes reduzem praticamente
a zero o atrito entre o tendão e o osso.

O tendão do músculo quadríceps da coxa
muda a direção da força ao contornar a
patela e se inserir na tíbia.
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Forças de Tração
Tração Cervical
 É uma técnica usada pela fisioterapia
para proporcionar alívio da dor e
melhorar o movimento.
 O tracionamento suave estende o
pescoço e possibilita a abertura dos
espaços entre as vértebras cervicais e
alivia temporariamente a pressão sobre
os discos afetados.
 A tração cervical pode ser feita de forma
contínua ou intermitente, alternando
entre curtos períodos de descanso.
Forças de Compressão
 Um corpo comprimido por duas forças opostas de igual
intensidade se mantém em repouso. Entretanto, essa
situação é diferente daquela em que esse corpo está em
repouso, sem sofrer ação de nenhuma força.
 Diz-se então que o corpo está sob a ação de forças de
compressão.
 Dependendo da natureza do corpo e da intensidade dessas
forças podem ocorrer deformações ou rupturas em sua
estrutura.
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Princípio de Arquimedes (Forças de Empuxo)
 Um corpo, ao ser mergulhado em um líquido, tem seu peso
diminuído, chegando às vezes a ser totalmente anulado
quando o corpo flutua.
 Este fenômeno ocorre devido a uma força que atua de
baixo para cima, aplicada pelo líquido sobre o corpo,
sempre que este é mergulhado.
 Essa força, chamada EMPUXO, possui intensidade igual ao
peso do fluido deslocado pelo corpo.
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Princípio de Arquimedes (Forças de Empuxo)
 A intensidade do empuxo (E) é igual ao produto da
densidade do fluido (dF) vezes o volume de fluido deslocado
(VD) vezes a aceleração da gravidade local (g).
E = dF.VD.g
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Princípio de Arquimedes (Forças de Empuxo)
 Se P > E, A resultante dessas forças estará dirigida para
baixo e o corpo irá afundar.
 Neste caso a densidade do corpo é maior que a do líquido.
E = dF.VD.g
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Princípio de Arquimedes (Forças de Empuxo)
 Se o peso do corpo for igual ao empuxo (P=E), a
resultante destas forças será nula e o corpo permanece em
repouso no local que foi abandonado.
 Sua densidade é igual a do líquido. Se um submarino está
em repouso no meio da água temos seu peso igual ao
empuxo sendo a densidade média do submarino igual a
densidade da água do mar.
E = dF.VD.g
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Princípio de Arquimedes (Forças de Empuxo)
Se P < E, a resultante está dirigida para cima, fazendo o corpo ir
para a superfície do líquido. Ao emergir o corpo passa a deslocar
menor volume de líquido e o empuxo sobre ele torna-se menor. No
caso de um navio ele ficará em equilíbrio parcialmente mergulhado
na água, fazendo com que o empuxo se iguale ao peso. A densidade
do corpo é menor que a do líquido.
 Você já deve ter ouvido falar
que, no mar Morto, no oriente
médio, uma pessoa pode
flutuar facilmente, com parte
de seu corpo fora da água. Qual
é a propriedade desta água que
torna isto possível?
E = dF.VD.g
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Princípio de Arquimedes (Forças de Empuxo)
Forças de Empuxo na Hidroterapia
 A atividade física em piscina é amplamente empregada para
diversas finalidades e com excelentes resultados em
praticamente todas as áreas da medicina física e reabilitação.
 Com o corpo parcialmente
submerso, há diminuição da
pressão intra-articular,
principalmente das articulações
de suporte como quadril, joelho e
coluna vertebral, facilitando a
movimentação e a nutrição
articular.
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Princípio de Arquimedes (Forças de Empuxo)
Forças de Empuxo – A Hidroterapia
 A Hidroterapia atua na redução da atividade dos músculos
antigravitacionais, diminuindo a tensão e o espasmo
muscular.
 O efeito do empuxo auxilia a postura ortostática em
pacientes cujos músculos e ou articulações não suportam o
seu peso corporal.
 O empuxo oferece também, resistência ou assistência ao
movimento, quando os objetivos são o fortalecimento, a
resistência muscular e as amplitudes de movimento.
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Vetores
 Algumas grandezas físicas exigem, para a sua perfeita
caracterização, apenas um valor numérico acompanhado de uma
unidade. Essas grandezas são denominadas grandezas escalares.
 Assim, grandezas físicas, como massa, comprimento, tempo,
temperatura, etc., são classificadas como grandezas escalares.
 Por outro lado, existem grandezas físicas que, para a sua perfeita
caracterização, exigem, além do valor numérico acompanhado da
unidade, uma direção e sentido. Tais grandezas recebem o nome de
grandezas vetoriais.
 Como exemplo de grandezas vetoriais podemos citar: força,
impulso, quantidade de movimento, velocidade, aceleração e
muitas outras.
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Regra das Componentes Vetoriais
 Todo vetor a, em um plano, pode ser representado por dois
outros vetores, chamados componentes retangulares.
 Dado um vetor a e duas direções de referência OX e OY,
determinamos as componentes retangulares do vetor a
através das projeções perpendiculares da origem O e da
extremidade do vetor nas direções dadas:
O vetor a pode ser representado
pelas suas componentes
retangulares ax e ay sendo válida
a relação a = ax + ay
F1
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Aplicação prática de vetores
 Suponha que dois músculos com uma inserção comum mas
diferentes ângulos de tração se contraiam simultaneamente
como mostra a figura abaixo.
 O ponto O representa a inserção
comum dos músculos vastos lateral e
medial, do quadríceps da coxa, na
patela.
 OA - é o vetor que descreve a tração
do vasto lateral
 OB – é o vetor que descreve a tração
do vasto medial
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F1
Aplicação prática de vetores na biomecânica
do joelho
 A contração do quadríceps cria uma força dirigida
superiormente que é suportada por uma força dirigida
inferiormente oriunda do tendão patelar.
 A resolução dessas duas forças origina um vetor de força
resultante dirigido posteriormente que causa compressão
entre a patela e o fêmur.
 A magnitude de vetor de força resultante, e, portanto de
força de compressão, é influenciada pelo ângulo de flexão
do joelho e pela força de contração do quadríceps.
 A força de compressão é conhecida como força de reação
da articulação patelofemoral (RAPF).
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F6
Aplicação prática de vetores na biomecânica
do joelho
A magnitude da força patelofemoral é afetada pelo modo de
como o exercício é realizado, sendo que um aumento da
flexão do joelho aumenta esta força.
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F6
Referências
 GARCIA, Eduardo Antônio Conde.Biofísica. São Paulo. Sarvier,
2007.387p.
 BERTOLO.Biomecânica, Aplicações da Mecânica Clássica o Corpo
Humano: Forças, Equilíbrio e Leis de Newton. Disponível em
http://www.bertolo.pro.br/Biofisica/apostila_2.htm
 NORDIM, Margareta. Biomecânica Básica do Sistema
Músculoesquelético. Guanabara Koogan
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