SENSOR INDICADOR PARA CORRECÇÃO DA AMPLITUDE DE MOVIMENTO NO EXERCÍCIO LEG PRESS

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Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha (FETLSVC) Curso Técnico de Mecânica PID - Projeto de Integração Disciplinar

SENSOR INDICADOR PARA CORREÇÃO DA AMPLITUDE DE MOVIMENTO NO EXERCÍCIO LEG PRESS

ESTÁCIO, Bruno Eduardo1 REICHERT, Norman Luis Junges2 GIACOMIN, Alexandre3 GALBARINO, Fernando4

RESUMO Este artigo apresenta pesquisa realizada a fim de construir um sensor capaz de indicar a amplitude de movimento correta do exercício Leg Press a praticantes de musculação. O referencial teórico partiu do estudo de livros e artigos sobre a cinesiologia e a biomecânica do movimento, e da consulta a profissionais da área. Trata-se de uma pesquisa tecnológica, que partiu dos estudos bibliográficos, para, posteriormente, em caráter exploratório, fazer um estudo de campo para verificar a viabilidade do protótipo criado. Foi possível construir o produto desejado, que atendesse aos requisitos necessários do projeto para ser validado. Palavras-chave: Leg Press, Amplitude, Sensor. ABSTRACT This article presents a research carried out in order to create a sensor capable of indicating the correct range of motion of the Leg Press exercise for bodybuilders. The theoretical reference starts from the study of books and articles of kinesiology and biomechanics of the movement, and the consultation of professionals of the area. It's classified as a technological research who started as a bibliographic study and later on, in an exploratory manner, became a field research to verify the viability of the prototype. It was possible to build the desired prototype that met the necessary project requirements to be validated. Keywords: Leg Press, Range of Motion, Sensor.

_____________ 1 Aluno do Curso Técnico de Mecânica da Fundação Liberato, [email protected]; 2 Aluno do Curso Técnico de Mecânica da Fundação Liberato, [email protected]; 3 Professor do Curso Técnico de Mecânica da Fundação Liberato, [email protected]; 4 Auxiliar do Curso Técnico de Eletrônica da Fundação Liberato, [email protected]

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1 INTRODUÇÃO É de conhecimento geral a importância de praticar exercícios físicos, a fim de manter o condicionamento e a saúde do corpo. De acordo com Lima e Pinto (2006), a musculação está entre as modalidades de educação física mais praticadas pela população em geral. Este projeto faz uso da engenharia eletrônica, para construir um sensor capaz de indicar a amplitude de movimento correta para o Leg Press, exercício de musculação muito comum em academias. As academias são ambientes propícios para a prática da musculação e, segundo Toscano (2001, p. 41 apud MARTINS, 2008), deveriam ser locais onde a prática de atividades físicas é realizada sob a supervisão de profissionais. Mesmo com o Art. 14 do Código de Defesa do Consumidor - Lei 8078/90 garantir que o fornecedor dos serviços seja responsabilizado pelos danos causados ao consumidor, independentemente da existência da culpa, muitas academias insistem em oferecer somente uma orientação inicial para o aluno, ou sequer isso, como apresentado pelo Conselho Regional de Educação Física (CREF, 2018). Desta forma, sem instrução, os alunos executam os exercícios de maneira incorreta, o que de acordo com Merino (2018), pode ocasionar em lesões de membros e da coluna cervical, tornando-os irreversíveis. Portanto, o projeto teve como problema principal encontrar os meios necessários para desenvolver um dispositivo que evitasse lesões e auxiliasse os praticantes de academia a criar a consciência corporal. O dispositivo indicará a amplitude do movimento levando em conta a execução correta do mesmo; desse modo, será necessária a presença de um profissional para ensinar o aluno. A hipótese em que o grupo se baseou foi de que era possível construir o dispositivo. Inicialmente, a pesquisa teve caráter bibliográfico, pois livros, artigos online, sites e projetos de pesquisa disponíveis foram consultados para que houvesse um completo entendimento dos integrantes do grupo sobre a cinesiologia e biomecânica dos movimentos realizados durante o exercício Leg Press. Isso possibilitou que fosse acumulado o conhecimento necessário para o desenvolvimento do protótipo como, por exemplo, conhecer sensores e indicadores (visuais ou sonoros), amplitude do movimento, a musculatura envolvida. Após esta etapa, o grupo dedicou-se a confecção de um protótipo e buscou pessoas capacitadas para suprir as carências quanto à programação. Ao fim do projeto, o protótipo estava concluído e funcionando, faltando apenas a etapa dos testes. Abaixo poderão ser encontrados o referencial teórico no qual está descrito toda a pesquisa bibliográfica utilizada no decorrer do projeto, os métodos usados para a confecção

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do protótipo, os resultados e discussões, considerações finais e as referências, contendo as fontes dos artigos, livros e sites consultados.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Leg Press

O Leg Press, equipamento utilizado por indivíduos que frequentam academias, consiste na execução de um movimento na qual o praticante requisita a força dos músculos dos membros inferiores, a fim de empurrar uma superfície, afastando-a. Como definido por Escamilla et al (2001), “o Leg Press é um exercício multiarticular e desenvolve os maiores e poderosos músculos do corpo e possui similaridades biomecânicas e neuromusculares com movimentos atléticos como, por exemplo, correr e pular”. Figura 1 – Leg Press

Fonte: Natural Fitness (2018)

2.2 Cinesiologia Segundo Oliveira et al (2011), “a Cinesiologia é uma área de estudo que tem como objetivo compreender os fundamentos do movimento humano a partir da criteriosa análise de suas estruturas anatômicas, especialmente, dos ossos e músculos esqueléticos”.

2.2.1 Articulações

2.2.1.2 Quadril Curso Técnico de Mecânica PID - Projeto de Integração Disciplinar (2018)

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A articulação presente no quadril é do tipo esferóide e constituída pela fossa do acetábulo e a cabeça do fêmur, podendo realizar os movimentos de flexão, extensão, abdução, adução, rotação medial, rotação lateral, circundução (CAMPOS, 2000). A adução e abdução transversal da articulação são possíveis quando o quadril se encontra flexionado. “As amplitudes médias para os principais movimentos são: flexão 125°, extensão 10°, abdução 45° e adução 10°” (CAMPOS, 2000, p. 13).

2.2.1.3 Joelho

A articulação presente no joelho é do tipo gínglimo (ou dobradiça) modificada, podendo realizar os movimentos de flexão (cuja amplitude é de 140°), extensão, rotação medial e rotação lateral. Segundo o autor, A rotação ocorre durante os movimentos de flexão e extensão do joelho e é realizada entre a tíbia e o fêmur. Com o fêmur fixo, o movimento que acompanha a flexão é uma rotação medial da tíbia sobre o fêmur; com a tíbia fixa, o movimento que acompanha a flexão é uma rotação lateral do fêmur sobre a tíbia. Com o fêmur fixo, o movimento que acompanha a extensão é uma rotação lateral da tíbia sobre o fêmur; com a tíbia fixa o movimento que acompanha a extensão é uma rotação medial do fêmur sobre a tíbia (CAMPOS, 2000, p.13). 2.2.1.4 Tornozelo

A articulação presente no tornozelo pode realizar os movimentos de inversão e eversão, considerados movimentos do tornozelo mesmo ocorrendo na articulação subtalar, e os movimentos de dorsiflexão (flexão dorsal) e flexão plantar, que ocorrem no plano sagital sobre o eixo frontal. “O movimento de dorsiflexão é realizado numa amplitude média de 15°- 20° (15° com o joelho estendido e 20° com o joelho flexionado). A amplitude de movimento para a flexão plantar é de aproximadamente 45°” (CAMPOS, 2000, p. 13).

2.2.2 Músculos

Os músculos envolvidos na execução do Leg Press são: quadríceps, glúteos, músculos posteriores da coxa e adutores (EVANS, 2007), conforme exibido pela figura 2. Curso Técnico de Mecânica PID - Projeto de Integração Disciplinar (2018)

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Figura 2: Musculatura

Fonte: EVANS (2007)

2.2.2.1 Quadríceps

O quadríceps femoral está situado na parte frontal da coxa e é constituido pelo reto femoral (com origem na frente do osso pélvico), vasto medial (com origem na borda interna do fêmur), vasto lateral (com origem na borda externa do fêmur), e vasto intermédio (com origem na superfície frontal do fêmur, por baixo do reto femoral) (EVANS, 2007).

2.2.2.2 Glúteos Conforme Evans (2007), “o glúteo máximo tem origem em uma grande área na parte posterior do osso pélvico, passa por trás da articulação do quadril e se insere na parte superior do fêmur. Esse músculo poderoso promove extensão do quadril”.

2.2.2.3 Músculos posteriores da coxa

Os músculos posteriores da coxa formam um grupo de três músculos com origem no osso ísquio da pelve. São eles: o bíceps femoral, o semimembranáceo e o semitendíneo (EVANS, 2007).

2.2.2.4 Adutores de quadril

Estão localizados na parte interna da coxa e são classificados em grácil e adutores longo, curto e magno (EVANS, 2007). Possuem origem no osso púbico. Curso Técnico de Mecânica PID - Projeto de Integração Disciplinar (2018)

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2.3 Biomecânica

Segundo Hatze, no seu significado mais amplo, (1974, p.189 apud McGINNIS, 2015, p.3), “biomecânica é o estudo da estrutura e da função dos sistemas biológicos utilizando os métodos de mecânica”.

2.3.1 Amplitude

A amplitude, conforme Pereira (2009), é o deslocamento angular de uma articulação. Quando esse deslocamento é máximo ela é definida como amplitude de movimento completo. Porém, quando o movimento é realizado em amplitudes menores, a amplitude de movimento será denominada parcial. Segundo Lenzi (2017, apud Bloomquist, 2013), realizou-se uma pesquisa com 10 pessoas executando agachamentos com amplitudes parciais e 10 pessoas executando com amplitudes completas. No final deste estudo o grupo que executou o exercício com amplitude completa obteve maior hipertrofia (aumento da musculatura) e ganho de força.

2.3.1.2 Amplitude do movimento e execução

De acordo com Evans (2007), o indivíduo que realizar o exercício deverá sentar-se e se posicionar na plataforma de tal forma que os pés fiquem com um afastamento igual a largura dos ombros. Após isso, deverá flexionar os joelhos até atingirem um ângulo de 90° aproximadamente e estendê-los novamente. Conforme conversado com intrutores de diferentes academias, a extensão não deve ser completa. A figura 2 mostra a fase excêntrica (descontração do músculo) e concêntrica (contração do músculo) do movimento.

Figura 3: Execução do exercício

Fonte: SEDON (2018) Curso Técnico de Mecânica PID - Projeto de Integração Disciplinar (2018)

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3. MATERIAIS E MÉTODOS

O início da pesquisa se deu através da pesquisa bibliográfica, a fim de compreender a cinesiologia e biomecânica do movimento durante a execução do exercício, os diversos tipos de lesões e seus motivadores, como também os comandos básicos para a programação. Após esta etapa, foram buscados os possíveis componentes que poderiam ser utilizados para a confecção do protótipo. O primeiro componente selecionado foi o Arduino, um microcontrolador simples, relativamente barato e fácil de programar, o qual foi usado para processar as informações que o projeto necessitava, sendo o próximo passo escolher algum dispositivo que fosse eficaz para medir a ditância entre o início das pernas (quadril) e a plataforma móvel do Leg Press. Após tentativas e frustrações, o sensor ideal foi encontrado, sendo ele o sensor ultrassônico hc sr04, capaz de medir a distância com precisão de centímetros e um tempo de resposta de milisegundos. Ao estudar as possibilidades de indicação da amplitude correta, um sinal sonoro ou visual pareceram as alternativas mais viáveis e efetivas. As lâmpadas LED na cor verde, amarelo e vermelho foram escolhidas, pois se o sinal sonoro fosse usado, a capacidade auditiva do indivíduo deveria ser levada em consideração e, como comunmente há músicas tocando no ambiente, o som poderia ser confundido ou não escutado. Com o auxílio de uma matriz de contatos de 400 furos, 18 jumpers e 3 resistores de 10KΩ, foi construída a parte inicial do protótipo, no qual foi testada a funcionalidade do sensor e a real eficácia das lâmpadas LED. No programa do Arduino foi predefinido intervalos de valores nos quais os LEDs deveriam acender. É possível ver a montagem da etapa inicial na Figura 4. Figura 4 – Circuito 1 no software Fritzing

Fonte: os autores (2018)

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A parir desta fase da pesquisa, a base do projeto já havia sido feita faltando apenas completá-la com algum visor que mostrasse as variáveis do projeto e algum mecanismo para alterá-las. Primeiramente, em outra matriz de contatos foi instalado um painel LCD 16x2 e posteriormente 3 botões sem retenção (NF). Foi discutido a possibilidade de trocar os botões por um teclado matricial 4x3, mas instalação dos botões prosseguiu, enfatizando a simplicidade e a redução de preço do protótipo. Na Figura 5 é possível ver a segunda etapa do projeto. Figura 5 – Circuito 2 no software Fritzing

Fonte: os autores (2018)

Para concluir o protótipo, os intervalos de valores predefinidos do programa da fase anterior foram substitiudos pelas seguintes fórmulas desenvolvidas: return (sqrt(pow(DC,2) + pow(DP,2) + 2*DC*DP*0.9397) *cos(AP))-10 e (sqrt(pow(DC,2)+pow(DP,2)) *cos(AP))10, que são responsáveis por determinar as distâncias durante a extensão e flexão das pernas, respectivamente. DP = distância da perna [mm], DC = distância da coxa [mm] e AP = altura dos pés [graus]. Ao fim da instalação das duas matrizes de contatos no mesmo Arduino e atualização do programa, a montagem final se deu conforme a Figura 6. Figura 6 – Circuito completo no software Fritzing

Fonte: os autores (2018) Curso Técnico de Mecânica PID - Projeto de Integração Disciplinar (2018)

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Para a realização dos testes, o protótipo foi fixado (através de fita dupla face) na lateral da plataforma móvel do equipameto, enqunato que o sensor foi direcionado para um batente situado ao lado do banco e 10 centímetros a frente do quadril do indivíduo que havia se posicionado corretamente no equipamento, como é possível constatar na Figura 7.

Figura 7: Teste do protótipo

Fonte: os autores (2018)

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Protótipo

Após concluir todos os passos descritos na metodologia, o princpial resultado do projeto foi a obtenção do protótipo em seu modelo final, apresentado na Figura 8. Figura 8 – Circuito real

Fonte: os autores (2018) Curso Técnico de Mecânica PID - Projeto de Integração Disciplinar (2018)

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4.2 Preço

Este modelo foi confeccionado a partir de componentes eletrônicos comprados e obtidos através de empréstimo, mas para simular o seu valor real no mercado, buscamos os preços em uma loja física de Novo Hamburgo (MB3 Mercado Eletrônico) e no site da loja Baú da Eletrônica. Para ser feita a comparação de valores, foi construida a Tabela 1: Tabela 1 – Preço dos componentes Produto

Quantidade

Preço MB3

Preço Baú da Eletrônica

Arduino UNO

1

88,00

39,90

Matriz de Contatos (400 furos)

2

13,25

5,87

Lâmpadas LED

3

0,40

0,21

Jumpers

32

0,66

0,13

Resistores 10KΩ

6

0,05

0,13

Sensor Ultrassônico hc sr04

1

13,90

7,57

Painel LCD 16x2

1

25,00

14,37

Botões

3

0,20

Indisponível

Total

176,62

79,15

Fonte: os autores (2018)

4.3 Testes

Com o intuito de testar a efetividade da leitura da distância e indicação da amplitude correta do exercício aos indivíduos que utilizarem o equipamento, o protótipo foi testado na academia Arena Fitness, Campo Bom – RS. Ao terminarmos, o cientista qualificado responsável por nos auxiliar aprovou o projeto, afirmando sua importância para criação da consciência corporal e evitar execuções incorretas.

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Os resultados obtidos pelo grupo ao fim da confecção e testes do protótipo mostram a viabilidade do mesmo, sendo esse de fácil manutenção, reposição de baixo custo para pequenos componentes e efetivo na indicação da amplitude para o exercício estudado. O

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preço final do produto dependerá do local onde os componentes serão comprados, como é possível observar na Tabela 1. Todos os objetivos do projeto formam alcançados e problemas solucionados, mesmo que tenhamos compreendido que o protótipo deva estar sujeito a mudanças e melhorias pontuais como, por exemplo, na sua fixação no equipamento, que no teste realizado foi utilizado fita dupla face por não ser permitida nenhuma alteração estrutural do equipamento e na visibilidade da indicação. Também deve ser feita a transferência da matriz de contatos para uma placa na qual os componentes possam ser soldados, dessa forma compactando o protótipo e a construção de uma embalagem para comportá-lo. Com o protótipo criado e com algumas adaptações, é possível utilizá-lo em outros equipamentos e exercícios como supino reto, inclinado e declinado, agachamento e afundo no equipamento Smith e no próprio Leg Press horizontal. Para adaptar o sensor nos exercícios acima citados, será necessário apenas reformular as fórmulas para o cálculo da distância e adaptá-lo na barra voltado na direção do chão ou outra superfície de referência.

6. REFERÊNCIAS AMADIO, A. C. et al. Introdução à Biomecânica para Análise do Movimento Humano: Descrição e Aplicação dos Métodos de Medição. Escola de Educação Física da Universidade de São Paulo, São Carlos, [1999]. BRASIL. Art. 14 do Código de Defesa do Consumidor - Lei 8078/90, de 11 de set. de 1990. BRASIL. Brasileiro troca futebol por musculação. 2014. Disponível em:< http://u.saude.gov.br/index.php/o-ministerio/principal/secretarias/svs/noticias-svs/15222brasileiro-troca-futebol-por-musculacao>. Acesso em: 23 de abr. 2018. CAMPOS, Maurício de Arruda. Biomecânica da musculação. Rio de Janeiro: Sprint, 2000. CREF2. CREF2/RS fecha três academias e autua outras 27 em duas semanas. 2018. Disponível em: . Acesso em: 25 de abr. 2018. ESCAMILLA, Rafael F. et al. Effects of technique variations on knee biomechanics during the squat and leg press. Official Journal of the American College of Sports Medicine, Indianapolis, 2001. EVANS, Nick. Anatomia da Musculação. 2. ed. Manole, 2007. LIMA, Cláudia Silveira; PINTO, Ronei Silveira. Cinesiologia e musculação. Porto Alegre: Artmed, 2006. Curso Técnico de Mecânica PID - Projeto de Integração Disciplinar (2018)

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