“Water immersed inverted pendulum” : a physiomechanical model of shallow water walking at different depths and speeds

• Autor(a) principal: Mello, André Ivaniski
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/230861
• topic: Locomoção; Caminhada; Ambiente aquático; Otimização; Locomotion; Shallow water walking; Physiomechanics; Water immersion; Optimization

Durante a caminhada, o corpo humano realiza trocas de energia mecânica como um pêndulo invertido. A cada ciclo de passada é observada essa transformação entre energia cinética horizontal e energia potencial gravitacional do centro de massa. Esse mecanismo de pêndulo invertido atua como uma estratégia de minimização de gasto energético durante a caminhada. Considerando que esse mecanismo é dependente de fatores internos e externos à tarefa de caminhada, e que foi um produto dos agentes de pressão evolutiva em nossa espécie, surge o questionamento sobre o comportamento desse mecanismo de minimização de gasto energético do pêndulo invertido durante condições dinâmicas modernas como a caminhada em água rasa: uma atividade física muito popular e disseminada para um amplo espectro de populações. O objetivo principal desta dissertação foi desenvolver um modelo fisiomecânico do comportamento do pêndulo invertido durante a caminhada em água rasa por homens adultos saudáveis. Nossa hipótese foi que o mecanismo de pêndulo invertido durante a caminhada em água rasa seria afetado pelas forças de empuxo e de arrasto, e que existiria uma profundidade ótima para o custo de transporte mínimo de caminhada devido à interação entre essas duas forças. A dissertação é dividida em quatro seções principais. 1) Após uma apresentação geral (capítulo 1), nós introduzimos a justificativa para o objetivo principal desta dissertação (capítulo 2) e fornecemos uma base teórica para nosso modelo fisiomecânico do “pêndulo invertido molhado” da caminhada em água rasa (capítulos 3 e 4). 2) Reportamos uma revisão sistemática (capítulo 5 – estudo 1) de estudos observacionais de variáveis fisiológicas e biomecânicas de caminhada em água rasa em comparação com a caminhada em solo seco. 3) Com o objetivo de desenvolver um modelo fisiomecânico da caminhada em água rasa, realizamos um estudo experimental (capítulo 6– estudo 2) em que parâmetros fisiológicos, cinéticos e espaço-temporais foram analisados em quatro profundidades (joelho, quadril, umbigo e xifóide) e em cinco velocidades (0,2, 0,4, 0,6, 0,8 m/s e velocidade confortável autosselecionada) durante a caminhada em água rasa por nove homens adultos saudáveis (28 ± 8 anos, 77,7 ± 9,2 kg, 1,78 ± 0,04 m). 4) Finalmente, as conclusões gerais da dissertação são apresentadas no capítulo 7. O “pêndulo invertido imerso na água” é um modelo fisiomecânico de caminhada em água rasa representado por um diagrama de corpo livre considerando as forças de empuxo e de arrasto atuantes sobre um pêndulo invertido imerso. O resultado principal dessa dissertação é um valor mínimo de custo de transporte na profundidade do quadril apenas na menor velocidade de caminhada analisada (0,2 m/s), em decorrência, provavelmente, de uma relação ótima entre as forças de empuxo e de arrasto nessa condição. Nas velocidades restantes, a profundidade mais econômica de caminhada foi na profundidade do joelho. O gasto energético durante a caminhada em água rasa parece ser influenciado tanto pela profundidade e velocidade de caminhada, o que poderia ser atribuído às forças de empuxo e de arrasto. Futuros estudos testando esse modelo fisiomecânico em outras profundidades, velocidades de caminhada, populações e com um modelo de estimativa da força de arrasto aperfeiçoado são sugeridos.