Contributos da investigação científica na Universidade do Porto para o desenvolvimento do treino em Natação

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1 Contributos da investigação científica na Universidade do Porto para o desenvolvimento do treino em Natação J. Paulo Vilas-Boas, Ph.D Professor Catedrático, treinador olímpico, membro do SG-BMS-WCSS L. Costa; S. Santos; F. Pereira; N. Oliveira; M. Rebocho; L. Monteiro; S. Oliveira; K. de Jesus; K. de Jesus; P. Figueiredo; S. Pereira; A.B. Lima; T. Barbosa; D. Marinho; A. Rouboa; A.J. Silva; M. Vaz; P. Tavares; P. Gonçalves; S. Soares; F. Sousa; L. Machado; R. Fernandes INEGI-FE-UP; UTAD; IPB; UFC; UFSC

2 Policarbonato seconds mv mv mv Desenvolvimento electrónico Biomecânica da natação (investigação, avaliação e aconselhamento) Fisiologia da natação (investigação, avaliação e aconselhamento) Biofísica da natação (investigação, avaliação e aconselhamento) Treino de nadadores (investigação, avaliação e aconselhamento) Dinamometria por plataforma de forças e célula de carga Cinemetria 3D videométrica (APAS, Peak, SIMI) + outra cinemetria + - Ref. 0cm cabos Holter 6 +Vss 00K µ F ±5% K 6 AD62AN 9 AD20BN +Vss Vss 50K Ω Vss 8 29 ABS EMG Préamplificador Vo COM +5V GND (2m; 4 x 0.mm, 7 x multicore) screened; 85pF/m; 384 /kmω EMG envelope RMS mv/sqrt(s) Oximetria directa + [La-] iemg mv.s

3 Biomecânica Sumário da exposição (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) determinação do arrasto passivo por dinâmica inversa em duas posições de deslize na técnica de bruços; exemplos do recurso a soluções de simulação computacional (CFD) em hidrodinâmica propulsiva e resistiva determinação dinamométrica de parâmetros caracterizadores da onda produzida por nadadores de elite nas quatro técnicas de nado a diferentes velocidades; caracterização biomecânica de partidas de nado ventral e dorsal em natação; caracterização biomecânica de diferentes variantes da viragem de estilo livre; fadiga, flutuações intracíclicas da velocidade de nado e custo energético; avaliação e aconselhamento do treino técnico e prescrição do exercício com base em velocimetria mecânica; (viii) caracterização EMG de duas variantes da recuperação do membro superior na técnica de crol; (ix) (x) caracterização EMG de movimentos elementares de póloaquático (retropedalagem, salto e remate) e Levantamento 3D de forma: nova antropometria biomecânica.

4 Biomecânica Sumário da exposição (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) determinação do arrasto passivo por dinâmica inversa em duas posições de deslize na técnica de bruços; exemplos do recurso a soluções de simulação computacional (CFD) em hidrodinâmica propulsiva e resistiva determinação dinamométrica de parâmetros caracterizadores da onda produzida por nadadores de elite nas quatro técnicas de nado a diferentes velocidades; caracterização biomecânica de partidas de nado ventral e dorsal em natação; caracterização biomecânica de diferentes variantes da viragem de estilo livre; fadiga, flutuações intracíclicas da velocidade de nado e custo energético; avaliação e aconselhamento do treino técnico e prescrição do exercício com base em velocimetria mecânica; (viii) caracterização EMG de duas variantes da recuperação do membro superior na técnica de crol; (ix) (x) caracterização EMG de movimentos elementares de póloaquático (retropedalagem, salto e remate) e Levantamento 3D de forma: nova antropometria biomecânica.

5 Hidrodinâmica da natação fundamentos para o entendimento da propulsão e do arrasto

6 A teoria da técnica A razão do movimento

7 Arrasto hidrodinâmico (pressão, fricção, onda) Propulsão hidrodinâmica (arrasto propulsivo, asa, vórtices)

8 p + D = m * a p > D a é positiva p < D a é negativa p = D a = 0 v = constante

9 Arrasto hidrodinâmico (arrasto corporal ou de perfil)

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15 Equação newtoniana da força de arrasto: D = 0.5 ρ C D V 2 S D = força de arrasto hidrodinâmico ρ = massa específica da água C D = coeficiente de arrasto V = velocidade S = área de secção máxima transversal à direcção de D

16 MAD - System Toussaint (200)

17 Toussaint (2002) MAD - System

18 Dimensões corporais S Forma do corpo Posição do corpo (orientação)

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20 Dimensões corporais C D Forma do corpo Posição do corpo (orientação)

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23 Avaliação do arrasto activo Kolmogorov, Lyapin, Rumyantseva, Vilas-Boas (2000). Technology for decreasing active drag at the maximal swimming velocity. Vilas-Boas, Fernandes e Kolmogorov (200). Arrasto hidrodinâmico activo e potência mecânica máxima em nadadores préjuniores de Portugal. stop start 3m m C D. ρ. S. V 3 = 0.5 C D. ρ. S. V 3 + D HB. V

24 Avaliação do arrasto activo Kolmogorov, Lyapin, Rumyantseva, Vilas-Boas (2000). Technology for decreasing active drag at the maximal swimming velocity. Vilas-Boas, Fernandes e Kolmogorov (200). Arrasto hidrodinâmico activo e potência mecânica máxima em nadadores préjuniores de Portugal * Masculinos * Femininos 60 Arrasto activo (N) * * * Masc. º ano Masc. Masc. Masc. 2º ano Jun. e Sen Top Fem. º ano Fem. Fem. 2º ano Jun. e Sen

25 Avaliação do arrasto activo Vilas-Boas, Fernandes e Kolmogorov (200). Arrasto hidrodinâmico activo e potência mecânica máxima em nadadores préjuniores de Portugal. C D Masculinos * Femininos Velocidade máxima (m/s) * Masculinos * * * * * Femininos * * *.2.4. Masc. º ano Masc. 2º ano Masc. Jun. e Sen Masc. Top Fem. º ano Fem. 2º ano Fem. Jun. e Sen.3 Masc. º ano Masc. 2º ano Masc. Jun. e Sen Masc. Top Fem. º ano Fem. 2º ano Fem. Jun. e Sen Potência mecânica propulsiva total (W) Masc. º ano * * Masculinos Masc. 2º ano * * Masc. Jun. e Sen Masc. Top * Fem. º ano Femininos * Fem. 2º ano * Fem. Jun. e Sen Da (N) 350 y = 6,926x - 80,926, r2 = 0, ,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 v 2 (m/s)

26 Duas posições fundamentais de deslize em natação

27 Dinâmica inversa: Σ F = m * a Métodos: Amostra: 0 nadadores de nível nacional e internacional (4 homens e 6 mulheres) 5.2 ±.89 e 6.8 ± 3.8 anos 78.7 ± 0.5 e 65.8 ± 3.92 cm, altura 60.7 ± 2.73 e 57.8 ± 4.9 kg, peso Piscina de 25 m, 2 m profundidade, temperatura da água a 27.5ºC. Lima, A.B.; Semblano, P.; Fernandes, D.; Gonçalves, P.; Morouço, P.; Sousa, F.; Fernandes, R.; Barbosa, T.; Correia, M.V.; Tani, G.; Vilas-Boas, J.P. (2006). A kinematical, imagiological and acoustical biofeedback system for the technical training in breaststroke swimming.

28 Dinâmica inversa: Σ F = m * a Métodos: A função de variação da aceleração com o tempo foi obtida através de derivação numérica da função v(t) filtrada: a i = 2vi 2 6vi + 6vi+ 2vi t D = m. a C D = 2 D / ρ S v 2 ρ = g.cm 3 -

29 Determinação de D passivo por dinâmica inversa 3 2,5 Velocity 2,5 0,5 Original Values Mean 20p 2.5 measured velocity original 3 Hz filtered 0-0, Time 2,5 v (m/s) 0.5 Acceleration 0,5 0-0, acceleration mean acceleration 30p t (s) - Time

30 S [ D = 0.5 ρ C D S V 2 ] foi determinada por planimetria (Clarys, 979), decompondo a área em triângulos (MatLab)

31 Dinâmica inversa: Σ F = m * a Resultados e discussão: Grupo v ª P (m.s - ) v 2 a P (m.s - ) D a P (N) D 2 a P (N) N=4 (Média ± SD).38 ± ± ± ± 6.4 N=6 (Média ± SD).36 ± ± ± ± 7.47* Total (Média ± SD).37 ± ± ± ± 7.44* * (p 0.05) Velocidades de.4 ms - já foram estudadas: (Counsilman, 955; Charbonier, 975; Chatard et al., 985, 990; Clarys, 979; Van Manen et al, 975, and Miyashita and Tsunoda, 978; Strojnik and Strumbelj, 999). D [35.3N mulheres (Miyashita and Tsunoda, 978); 5.9N homens (Clarys, 979)]

32 Dinâmica inversa: Σ F = m * a Resultados e discussão: Grupo S a P (cm 2 ) S 2 a P (cm 2 ) C D a P C D2 a P N=4 (Média ± SD) 755 ± ± ± ± N=6 (Média ± SD) 77 ± ± 82* 0.44 ± ± 0.66* Total (Média ± SD) 732 ± ± 98* ± ± 0.222* (p 0.05) Os valores de S concordam com Clarys (979) recorrendo a método similar: ±23.887cm 2

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34 Biomecânica Sumário da exposição (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) determinação do arrasto passivo por dinâmica inversa em duas posições de deslize na técnica de bruços; exemplos do recurso a soluções de simulação computacional (CFD) em hidrodinâmica propulsiva e resistiva determinação dinamométrica de parâmetros caracterizadores da onda produzida por nadadores de elite nas quatro técnicas de nado a diferentes velocidades; caracterização biomecânica de partidas de nado ventral e dorsal em natação; caracterização biomecânica de diferentes variantes da viragem de estilo livre; fadiga, flutuações intracíclicas da velocidade de nado e custo energético; avaliação e aconselhamento do treino técnico e prescrição do exercício com base em velocimetria mecânica; (viii) caracterização EMG de duas variantes da recuperação do membro superior na técnica de crol; (ix) (x) caracterização EMG de movimentos elementares de póloaquático (retropedalagem, salto e remate) e Levantamento 3D de forma: nova antropometria biomecânica.

35 II Congreso Internacional de Biomecánica de Venezuela Isla de Margarita, Venezuela, del 9 al 3 de Septiembre 2008 Determinación del arrastre hidrodinámico en dos posiciones de deslice, por dinámica inversa e por simulación computacional (CFD) Vilas-Boas, Costa, Fernandes, Ribeiro, Figueiredo, Marinho, Silva, Rouboa, Machado sujeito protótipo 87 cm altura 237 cm e 92 cm Comprimento máximo v =.6 a 2.0 ms - (aumentos de 0.) 0.9 m profundidade α = 0º t = 28ºC ρ = kg/m 3 µ = 0.00 kg/(m.s)

36 CFD- Computer Flow Dynamics Fluent software O domínio total foi tramado através de 900 milhões de células prismáticas e piramidais. A trama foi criada por Gambit, aplicação para modelação geométrica Fluent. O código Fluent resolve problemas de escoamento substituindo as equações de Navier- Stokes por expressões algébricas discretizadas que resolve por computação iterativa. Condições de fronteira: 80 profundidade x 250 largura x (8.0 ou 7.55 comprimento; 200 e 336 para as superfícies anterior e posterior) m próximo das condições numa pista.

37 v (ms - ) Coeficiente de arrasto hidrodinâmico (C D ) C D Primeira posição de deslize (ªP) C D Pressão C D Fricção Coeficiente de arrasto hidrodinâmico (C D ) C D Segunda posição de deslize (2ªP) C D Pressão C D Fricção % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %

38 Comparação entre os resultados de dinâmica inversa e CFD: Velocidade de deslize (ms - ) Altura (cm) C D D = 0.5 ρ C D v 2 S C D D = 0.5 ρ C D v 2 S Dinâmica inversa.37 ± ± ± ± ± 0.222* CFD

39 CFD- Computer Flow Dynamics Fluent software Moreira, Silva, Rouboa, Reis, Alves, Marinho, Vilas-Boas, Machado (2007). APPLICATION OF COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS TO THE SWIMMING IN TANDEM Valores médios da relação percentual entre CD em tandem (Cd2) e em natação livre (Cd) tendo em consideração a distância entre nadadores Média DP V P

40 Mecanismos de produção de propulsão hidrodinâmica

41 De acordo com a Teoria do arrasto propulsivo: Os nadadores propulsionam-se através de acções segmentares sucessivas que visam impulsionar água para trás relativamente à direcção pretendida para o deslocamento do corpo. Fundamentação teórica: Terceira lei de Newton (acção / reacção)

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43 Schleihauf (974, 979, 984, 986) Schleihauf et al. (983, 988) Wood (979) Berger (996) Berger et al. (996) A mão humana (e o antebraço) são capazes de produzir força ascensional hidrodinâmica devido à similaridade das suas formas com a forma de uma asa.

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45 > v; -P < v; +P

46 L R Dp

47 L P Dp R

48 Valores de C L Valores de C D Robert Schleihauf Jr. (979)

49 Posição dos dedos Posição do polegar Robert Schleihauf Jr. (979)

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