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Biomecânica II – 2020.1

ATENÇÃO: A disciplina na modalidade ECE irá começar em 24 de abril (ECE-FAQ).

  1. Veja abaixo o novo cronograma da disciplina.
  2. Como ECE, a disciplina terá aulas em vídeo na internet nos horários regulares das turmas e o material destas aulas estão nos respectivos notebooks dos links no cronograma.
  3. Para dúvidas, críticas e sugestões, escreva uma mensagem no final desta página (para evitar spam, a mensagem só será publicada após aprovada).
  4. As aulas à distância irão ocorrer no horário regular da turma. No mesmo dia, as aulas do diurno e noturno são as mesmas. Iremos utilizar o aplicativo Google Meet para fazer a vídeo conferência da aula. Criamos uma Classroom para a disciplina e todos os alunos devem ter recebido o convite (via email da UFABC) para entrar nesta classe, mas só usaremos o recurso de vídeo conferência.
  5. Caso você não tenha recebido o convite via Google Classroom, o código da classe é n4zlmds. Entre no Classroom e se inscreva nesta classe.

O estudo da estrutura e função dos sistemas biológicos por meio dos métodos da mecânica.

Disciplina de graduação do curso de Engenharia Biomédica

Sigla: ESTB027-17.

TPI: 2-2-4

Carga Horária: 48h

Recomendação: Mecânica dos Sólidos I; Computação Científica aplicada a Problemas Biológicos, Biomecânica I.

Professor: Marcos Duarte, Renato Watanabe

Horário e local (2020.Q1)

  • Diurno: Terças 10h00-12h00 (Sala A1-L102) e Sextas 08h00-10h00 (Sala A1-L101), campus São Bernardo do Campo.
  • Noturno: Terças 21h00-23h00 (Sala A1-L101) e Sextas 19h00-21h00 (Sala A1-L101), campus São Bernardo do Campo.

Cronograma

Aula Data Local Assunto
1 11/02 A1-L10X Apresentação da disciplina. m

Introdução à Biomecânica

Python for scientific computingPython tutorial

2 14/02 A1-L10X Leis de Newton para partículas. m
3 18/02 A1-L10X Diagrama de corpo livre para partículas. m
4 21/02 BMClab Laboratório experimental. m

Salto vertical

Dados da coleta: baixe os dados da sua sua turma neste link

25/02 Feriado (Carnaval)
5 28/02 A1-L10X Laboratório computacional. m

Tarefa 1 (entregar antes da aula do dia 10/03).

  • Escreva um Jupyter Notebook com: 1) Modelagem mecânica do problema. 2. Gráficos dos dados experimentais (força de reação do solo) e da aceleração, velocidade e deslocamento vertical e potência mecânica do centro de gravidade do sujeito. 3. Identificação das fases do salto. 4. Estimativa da altura do salto pelo tempo de vôo e pela variação da quantidade de movimento.
  • Enviar e-mail com o seu notebook (arquivo com extensão .ipynb) para marcos.duarte@ufabc.edu.br com o assunto TAREFA 1
6 03/03 A1-L10X Mecânica Lagrangiana de partículas. m
7 06/03 A1-S205

A2-S301

Prova 1 .m.

8h às 10h: SALA A1-S205  e 19h às 21h: SALA A2-S301.

8 10/03  BMClab Laboratório experimental. m

Análise 3D da marcha

Dados: baixe os dados da sua sua turma neste link

Artigo do Leardini et al. (2007)

9 13/03 A1-L10X Leis de Newton/Euler para corpos rígidos. r
10 24/04 Internet Centro de massa e Momento de Inércia rotacional. m
11 28/04 Internet Parâmetros dos segmentos corporais. m
12 05/05 Internet Laboratório Computacional. r

Tarefa 2 (entregar antes da aula do dia 12/05).

  • Escreva um Jupyter Notebook com: 1) Posição e aceleração do centro de gravidade, do pé e perna utilizando os dados da marcha, no espaço 3D 2) Massa e momento de inércia em torno dos três eixos do pé e perna; 3)  Calcular os ângulos e acelerações angulares do pé e da perna, no plano sagital 4) Calcular os ângulos do tornozelo e do joelho no plano sagital.
  • Enviar e-mail com o seu notebook (arquivo com extensão .ipynb) para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto TAREFA 2
14 08/05 Internet Diagrama de corpo livre para corpos rígidos. r
15 12/05 Internet Dinâmica de corpos rígidos: análise da marcha 2D. r

Laboratório Computacional.

Tarefa 3 (entregar antes da aula do dia 19/05).

  • Escreva um Jupyter Notebook com: 1) Calcular os torques nas articulações do tornozelo e joelho, no plano sagital.
  • Enviar e-mail com o seu notebook (arquivo com extensão .ipynb) para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto TAREFA 3
16 15/05 Internet Dinâmica de corpos rígidos: 3D. r
17 19/05 Internet Laboratório Computacional.r

Tarefa 4 (entregar antes da aula do dia 29/05).

  • Escreva um Jupyter Notebook com: 1) Calcular as forças resultantes nas articulações do tornozelo e do joelho 2) Calcular as velocidades e acelerações angulares do pé e da perna no espaço 3D.
  • Enviar e-mail com o seu notebook (arquivo com extensão .ipynb) para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto TAREFA 4
22/05 Feriado antecipado
18 26/05 Internet Mecânica Lagrangiana para corpos rígidos. m
19 29/05 Internet Laboratório Computacional. r

Tarefa 5 (entregar dia 09/06).

  • Escreva um Jupyter Notebook com: 1) Calcular os torques nas articulações do tornozelo e joelho, no três planos.
  • Enviar e-mail com o seu notebook (arquivo com extensão .ipynb) para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto TAREFA 5
20 02/06 Internet Dinâmica de corpos rígidos: formalismo matricial. r
21 05/06 UFABC Prova 2 (presencial na UFABC, se permitido). r
22 09/06 UFABC Prova substitutiva (presencial na UFABC, se permitido). m

Avaliação de desempenho e critérios de aprovação

  • MF = 0,3*Prova1 + 0,45*Prova2 + 0,25*Tarefas
  • Nota para conceito:   A >= 8.5;   8.5 > B >= 7;   7 > C >= 6;   6 > D >= 5

Lab I. Análise do salto vertical. Entregue por e-mail relatório técnico reportando as seguintes estimativas a partir dos dados experimentais coletados no laboratório:

  • 1. Modelagem mecânica do problema. 2. Gráficos dos dados experimentais (força de reação do solo) e da aceleração, velocidade e deslocamento vertical e potência mecânica do centro de gravidade do sujeito. 3. Identificação das fases do salto. 4. Estimativa da altura do salto pelo tempo de vôo e pela variação da quantidade de movimento.

Lab II. Análise trimensional da marcha. Entregue por e-mail do relatório técnico reportando as seguintes estimativas a partir dos dados experimentais coletados no laboratório:

  • 1.Modelagem mecânica do problema.. 2. Calcular ângulos articulares do tornozelo e joelho direitos nos três planos com estes dados. 3. Calcular forças e torques articulares do tornozelo e joelho direitos nos três planos a partir dos dados experimentais. 4. Plotar estas curvas e mostrar os cálculos (código).

Guia da solução:

         -Calcule (para cada instante): Bases anatômicas para o pé, perna e coxa (leia o artigo do Leardini et al., 2007 para saber os nomes das marcas); Matrizes de rotação para estas bases;

                  -Para calcular os ângulos articulares:

             +Ângulos de Euler para tornozelo e joelho segundo a convenção ZXY (flexão/extensão, adução/abdução, rotação medial/lateral);

                  -Para calcular as forças e torque no tornozelo e joelho:

              +Posição e aceleração do centro de gravidade, do pé e perna;

              + Massa e momento de inércia do pé e perna;

              + Velocidade e aceleração angulares do pé e perna.

              + Equações de Newton-Euler em 3D para pé e perna;

              + Resolver as equações de Newton-Euler para obter os torques e forças no tornozelo e joelho .

Softwares gratuitos para análise do movimento

Referências

  1. Notas de aula 
  2. Robertson G, Caldwell G, Hamill J, Kamen G (2013) Research Methods in Biomechanics. 2nd Edition. Human Kinetics.
  3. Ruina A, Rudra P (2019) Introduction to Statics and Dynamics. Oxford University Press.
  4. Winter, David A. Biomechanics and motor control of human movement. 4 ed. Hoboken, EUA: Wiley, c2009. xiv, 370 p. ISBN 9780470398180.
  5. Zatsiorsky, Vladimir M. Kinematics of human motion. Champaign, IL: Human Kinetics, c1998. 419 p. ISBN 0880116765.

Notas

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