Análise do efeito do fato de banho FastSkin no arrasto passivo

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(1)Análise do efeito do fato de banho FastSkin no arrasto passivo.. Pedro Alexandre Tavares Moreira. Porto, 2006.

(2) Análise do efeito do fato de banho FastSkin no arrasto passivo.. Monografia realizada no âmbito da disciplina de Seminário do 5º ano da licenciatura em Desporto e Educação Física, na área de Natação, Opção Complementar de Desporto de Rendimento, da Faculdade de Desporto da Universidade do Porto. Orientador: Prof. Doutor João Paulo Vilas Boas Co-orientador: Prof. Doutor Leandro Machado Pedro Alexandre Tavares Moreira. Porto, 2006.

(3) Agradecimentos. Embora o presente trabalho seja individual, há contributos de diversa natureza que não podem, nem devem, deixar de ser realçados. Desta forma, desejo expressar os meus sinceros agradecimentos: Ao Professor Doutor João Paulo Vilas-Boas, pelo seu profissionalismo e empenho, ao proporcionar as condições necessárias à elaboração do presente trabalho, nomeadamente, com apoio material, através da cedência do equipamento de trabalho necessário; Ao Professor Doutor Leandro Machado, pelo apoio e sugestões valiosas, durante toda a fase de execução do presente trabalho; Ao Professor Doutor Ricardo Fernandes, com quem tive o prazer de conviver durantes estes anos de frequência da opção de Natação, e com quem trabalhei nalguns projectos que me trouxeram experiência e amadurecimento pessoal e profissional; À Mestre Suzana Pereira, pelo exemplo de pessoa que é, demonstrando uma enorme. capacidade. para. incentivar. perante. qualquer. adversidade. e. compartilhando sempre, com grande entusiasmo, as suas ideias; Agradeço, ainda, aos colegas da opção de Natação, em especial ao João Ribeiro, ao Simão Bilhastre e ao Pedro Figueiredo, pela preciosa ajuda e intercâmbio de ideias prestadas na elaboração do presente trabalho. Finalmente, aos meus amigos de longo data, sem nenhuma ordem em particular, a Cláudia, o Tiago, o Ricardo e o Pedro Santos, que foram perguntando pelo trabalho e suportaram as minhas ausências, bem como as minhas presenças.. III.

(4) Índice Geral Agradecimentos. III. Índice Geral. IV. Índice de Quadros. VI. Índice de Figuras. VII. Abreviaturas. IX. Resumo. X. Abstrat. XI. Résumé. XI. 1 – Introdução. 1. 2 – Revisão da Literatura. 3. 2.1 – Mecânica de Fluidos. 3. 2.1.1. – Fluido, Fluidez e Fluxo. 3. 2.1.2 – Massa Específica, Peso Volúmico e Densidade. 3. 2.1.3 – Viscosidade. 4. 2.1.4 – Escoamento Laminar, Turbulento e de Transição. 5. 2.1.5 – Camada Limite. 8. 2.2 – Arrasto Hidrodinâmico. 9. 2.2.1 – Arrasto de Onda, Arrasto de Pressão e Arrasto de Fricção. 10. 2.2.1.1 – Arrasto de Onda. 11. 2.2.1.2 – Arrasto de Pressão. 13. 2.2.1.3 – Arrasto de Fricção. 15. 2.3 – Avaliação da Força de Arrasto Hidrodinâmico. 17. 2.3.1 – Arrasto Passivo. 17. 2.3.2 – Arrasto Activo. 19. 2.3.2.1 – Métodos Indirectos. 19. 2.3.2.2 – Métodos Directos. 19. 2.4 – Arrasto Activo e Arrasto Passivo 2.4.1 – Estudos efectuados com fatos. 21 21. 3 – Objectivos do estudo. 23. 4 – Metodologia. 24. IV.

(5) 4.1 – Caracterização da amostra. 24. 4.2 – Material e Métodos. 24. 4.2.1 – Métodos de determinação do arrasto passivo. 24. 4.2.2 – Situação de teste. 29. 4.2.3 – Tratamento estatístico. 30. 5 – Apresentação e Discussão dos Resultados. 31. 5.1 – Análise descritiva. 31. 5.2 – Análise Inferencial. 33. 5.2.1 – Efeito dos Fatos de Banho. 33. 6 – Conclusões. 37. 7 – Referências Bibliográficas. 38. V.

(6) Índice de Quadros Quadro 1: Principais características da nossa amostra. Quadro 2: Recordes Nacionais Absolutos (ABS) em piscina de 50 metros e respectivas velocidades médias, em vigor em Fevereiro de 2006. Quadro 3: Quadro com a análise descritiva do uso do fato de banho tradicional. Quadro 4: Quadro com a análise descritiva do uso do fato de banho Fastskin. Quadro 5: Quadro com a análise inferencial do género feminino. Quadro 6: Quadro com a análise inferencial do género masculino. Quadro 7: Quadro com a análise inferencial do género feminino às velocidades médias das provas de: 50 metros livres, 100 metros livres e 200 metros livres. Quadro 8: Quadro com a análise inferencial do género feminino às velocidades médias das provas de: 400 metros livres; 800 metros livres e 1500 metros livres. Quadro 9: Quadro com a análise inferencial do género feminino com o uso do modelo FastSkin II – KneeSkin. Quadro 10: Quadro com a análise inferencial do género feminino com o uso do modelo FastSkin I – BodySkin.. VI.

(7) Índice de Figuras Figura 1: Representação do escoamento laminar (adaptado de Benjanuvatra, 2002). Figura. 2:. Representação. do. escoamento. turbulento. (adaptado. de. Benjanuvatra, 2002). Figura 3: Representação do escoamento de transição (adaptado de Benjanuvatra, 2002). Figura 4: Representação das forças propulsivas e resistivas a que o nadador está submetido durante o nado (adaptado de Toussaint et al, 2002). Figura 5: Representação esquemática da área de secção máxima do nadador (adaptado de Clarys, 1979). Figura 6: Representação do sistema de onda de um ponto de pressão em movimento (adaptado de Clarys, 1979). Figura 7: Representação do efeito da profundidade nos valores do arrasto de onda. (adaptado de Toussaint et al, 2002). Figura 8: Representação dos gradientes de pressão entre a parte anterior e a parte posterior (adaptado de Llana, 2002). Figura 9: Representação da determinação do arrasto passivo pelo método de reboque (dinamometria directa). Figura 10: Representação esquemática do método de determinação de arrasto hidrodinâmico activo proposto por di Prampero et al., (1974) (adaptado de Vilas-Boas, 2000).. VII.

(8) Figura 11: Representação do MAD–System montado numa piscina de 25m, com um exemplo de registo de forças (adaptado de Toussaint et al, 2002). Figura 12: Representação do método de determinação do arrasto activo, desenvolvido. por. Kolmogorov. e. Duplishcheva. (1992),. e. do. objecto. hidrodinâmico com propriedades hidrodinâmicas conhecidas (adaptado de Vilas-Boas et al, 2001). Figura 13: Representação do velocímetro. Figura 14: Representação do gráfico de velocidade instantânea e média do nadador. Figura 15: Representação do gráfico de velocidade filtrada. Figura 16: Representação do gráfico da aceleração e da aceleração filtrada. Figura 17: Representação do gráfico da força a que o nadador esteve sujeito durante o percurso de deslize. Figura 18: Regressão linear entre DP e o quadrado da velocidade filtrada. Figura 19: Representação da posição hidrodinâmica após o impulso na parede (adaptado de Fernandes et al, 2002).. VIII.

(9) Abreviaturas ANNP – Associação de Natação do Norte de Portugal; D – arrasto hidrodinâmico; DP – arrasto passivo; DA – arrasto activo; et al. – e colaboradores; FB – FullBody; L – Leg; NPD – Natação Pura Desportiva; Re – número de Reynols; N – Newton; m – metros m/s – metro por segundo S.D. – Desvio Padrão. IX.

(10) Resumo A importância do arrasto hidrodinâmico, no quadro do complexo de factores biomecânicos que constrangem a capacidade de rendimento do nadador, é, naturalmente, reconhecida pela generalidade da comunidade científica ligada à natação, uma vez que um pequeno decréscimo nos valores do arrasto hidrodinâmico ode levar a melhorias significativas da performance do nadador. Desta forma, adquire grande relevância o aparecimento de uma nova geração de fatos de banho, que cobrem grande parte da superfície corporal e são feitos de matérias diferentes dos fatos de banho tradicionais, que são aclamados pelos fabricantes como potenciais redutores do arrasto hidrodinâmico. O propósito do nosso estudo é analisar a influência da utilização do fato de banho FastSkin, da marca Speedo, nos valores do arrasto passivo (DP). Para tal, determinamos os valores de DP, através da modelação das curvas de desaceleração, após impulso na parede, seguido de deslize, de oito nadadores. Esta observação foi realizada com o uso do fato de banho FastSkin e do fato de banho tradicional. Dos resultados obtidos, podemos retirar, como principais conclusões, que: (i) as velocidades médias, durante o percurso de deslize, foram sempre superiores quando os nadadores utilizavam o fato de banho FastSkin, do que quando utilizavam o fato de banho tradicional. No entanto, a superioridade deste valor não pode ser imputável à diminuição de DP, sem mais; (ii) no que diz respeito aos beneficios propocionados pelo uso do fato de banho FastSkin, consideramos não haver qualquer benefício para a diminuição da força de DP, quando comparado com o uso do fato de banho tradicional, com excepção da sua utilização no género feminino à velocidade média da prova de 50 metros livres. Esta situação poderá ser explicada pela diminuição da componente de fricção de D, uma vez que esta assume maior relevância em situações de Re superiores; (iii) quando comparamos os dois modelos do fato de banho FastSkin (BodySkin do FSI e KneeSkin do FSII), verificamos que, em ambos os casos, o valor médio de DP diminui. No entanto, esta redução não se revelou estatisticamente significativa, quando comparado com o uso do fato de banho tradicional.. X.

(11) Abstract The importance of the hydrodynamic drag, in the picture of the complex of biomechanics factors that compel the capacity of income of the swimmer, is, naturally, recognized by the generality of the swimming scientific community, once a small decrease in the values of the hydrodynamic drag can bring significant improvements to the performance of the swimmer. Therefore, the appearance of a new generation of swimming-suits, wich covers great part of the body surface and is made of different substances. then. the. traditional. swimming-suits. that. are. acclaimed. by. the. manufacturers as potential reducing of the hydrodynamic drag gets huge relevance. The meaning of our study is to analyze the influence that the use of the swimmingsuit FastSkin, Speedo, have in the values of the passive drag (Dp). So, we determined the values of Dp, through the adaptation of the deceleration curves, after impulse in the wall, followed of slip of eight swimmers. This observation was carried out using swimming-suit FastSkin and the traditional swimming-suit. As main conclusions, of the gotten results, we can have: (i) the average speed, during the slip course, had always been superior when the swimmers used the swimming-suit FastSkin, than when they where using the traditional swimming-suit. However, the superiority of this value cannot be imputed to the Dp reduction, no more; (ii) in what concerns to the benefits achieved using the swimming-suit FastSkin, we consider that there isn’t any benefit for the reduction of the Dp force, when compared to the using of traditional swimming-suit, with exception of the female at the average speed of the 50 meters free race. This could be explained by the reduction of the frictional component of D, once this has greater relevance in situations of superior Re; (iii) when we compare the two models of swimming-suit FastSkin (BodySkin of the FSI and KneeSkin of the FSII), we can see that, in both cases, the average value of Dp diminishes. However, this reduction isn’t statically relevant, when compared with the use of the traditional swimming-suit.. XI.

(12) Résumé L'importance de la résistance hydrodynamique dans le complexe des facteurs biomechanic, qui influence la capacité de revenu du nageur, est, naturellement, reconnu pour la généralité de la communauté scientifique de la natation, puisque, une petite diminution des valeurs de la résistance hydrodynamique peut prendre les améliorations significatives de l'exécution du nageur. De cette forme, il acquiert grand importance l’apparence des nouvelles faits de bain, qui couvrent grand part de la surface corporelle et sont faites des materiaux différentes des faits de bain traditionnels, et sont acclamé par les fabricants comme potentielle réducteurs de la résistance hydrodynamique. L'intention de notre étude est analyser l’influence de l'utilisation du fait de bain FastSkin, Speedo, dans les valeurs de la résistance passive (Dp). De cette façon, nous déterminons les valeurs de Dp, par la modelage des courbes de décéleration, après l'impulsion dans le mur, suivre du glissade, de huit nageurs. Cette observation a été porté avec l'emploie du faits de bain FastSkin et du fait de bain traditionnel. Des résultats obtenus, nous pouvons ôter, comme conclusions principales: (i) le moyenne vitesse, pendant le passage de glissade, avait été toujours supérieures quand les nageurs ont employé le fait de bain FastSkin, de celle-là lorsque ils ont employé le fait de bain traditionnel. Cependant, la supériorité de cette valeur ne peut pas être imputable à la réduction de Dp, sans plus; (ii) par rapport aux profits proportionner pour l'emploie du fait de bain FastSkin, nous considérons qu’il n’a pas quelque profit pour la réduction de la force de Dp, en comparaison avec l'emploie du fait de bain traditionnel, avec exception du genre féminin à la vitesse moyenne de la prouve de 50 métres libres. Cette situation peut être expliqué par la réduction du composant de friction de D, parce que ceci assume une plus grande pertinence dans les situations de Re supérieures; (iii) quand nous comparons les deux modèles du fait de bain FastSkin (BodySkin de FSI et le KneeSkin de FSII), nous vérifions que, dans les deux cas, le valeur moyenne de Dp diminue. Toutefois, cette réduction n'a pas montré statistiquement significatif quand comparé avec l'emploie du fait de bain traditionnel.. XII.

(13) Introdução. 1 – Introdução Pelo facto de a natação se desenvolver num meio físico com características mecânicas específicas, colocando-se ao nadador problemas igualmente específicos (Vilas-Boas, 2001b). Um. desses. problemas. prende-se. com. a. importância. do. arrasto. hidrodinâmico assume no rendimento do nadador, sendo que um pequeno decréscimo nos valores do arrasto hidrodinâmico pode levar a melhorias significativas na performance do nadador. Desta forma, o aparecimento de novos equipamentos desportivos que cobrem grande parte da superfície corporal e que são feitos de matérias diferentes, comparativamente com os fatos de banho tradicionais, poderão ser potenciais redutores do arrasto hidrodinâmico (Mollendorf, 2004). Estes fatos de banho foram referenciados em revistas técnico-científicas da especialidade, de renome, como por exemplo a Swimming Magazine (2001), como responsáveis pela redução do arrasto de fricção em cerca de 10 a 16% (com utilização de nadador e com utilização de manequins, respectivamente). No entanto, a opinião da comunidade científica ligada à natação sobre a melhoria da performance dos nadadores, com base na utilização deste tipo de fato de banho, não é unânime. Existem vários estudos, como os de Toussaint et al (2000, 2002), que afirmam que este tipo de fato de banho não reduz o arrasto hidrodinâmico, nem melhora a performance do nadador (Mollendorf, 2004). O nosso estudo tem como principal propósito verificar, através da determinação do arrasto passivo (DP), se esta nova geração de fatos de banho reduz, de facto, o arrasto hidrodinâmico a que o nadador é submetido. O que levaria a uma melhoria da performance dos nadadores, de acordo com o que afirmam os principais fabricantes de fatos de banho. Apesar do interesse da comunidade científica ligada à natação recair, predominantemente, sobre os métodos de determinação do arrasto activo (DA), no presente estudo optamos pela determinação do DP. Deste modo, os resultados obtidos dariam maior ênfase aos efeitos provocados pela utilização. 1.

(14) Introdução. da nova geração de fatos de banho e não dariam qualquer relevância à técnica e estilo de nado do nadador. É neste âmbito que surge o nosso trabalho. Pretendemos analisar os efeitos protagonizados pelo fato de banho FastSkin no DP. O trabalho realizou-se sobre uma amostra de oito nadadores pertencentes a dois clubes filiados na Associação de Natação do Norte de Portugal dos escalões Juvenil, Júnior e Sénior. Neste sentido, dedicamos a primeira parte do trabalho para fazermos uma breve análise da literatura acerca da mecânica dos fluidos, do arrasto hidrodinâmico e dos estudos efectuados com fatos.. 2.

(15) Revisão da Literatura. 2 – Revisão da Literatura 2.1 – Mecânica de Fluidos 2.1.1. – Fluido, Fluidez e Fluxo Nalluri (1995) define fluido como uma substância que se deforma continuamente quando submetida a esforços. Segundo Barbosa (1985), fluido pode ser definido como um corpo que experimenta deformações, que vão aumentando indefinidamente, quando submetido a esforços tangenciais, por mais pequenos que sejam. A noção de fluido engloba líquidos e gases. O critério que permite distinguilos reside no seu grau de compressibilidade. Os líquidos, ao serem submetidos a uma tensão de pressão, são praticamente incompressíveis, enquanto os gases, nas mesmas condições, apresentam uma elevada compressibilidade. A principal propriedade dos fluidos é a sua fluidez. Esta característica fundamental dos fluidos é perceptível quando estes, submetidos a forças externas de pequena intensidade, apresentam grandes deformações. Diz-se que um fluido o é porque apresenta um determinado padrão de movimento, que se designa de fluxo. Se a velocidade do fluxo de um fluido em qualquer ponto for constante, em relação ao tempo, o escoamento diz-se permanente ou estável. Se a velocidade variar com o tempo, o escoamento diz-se variável ou instável (Vilas-Boas, 1997). 2.1.2 – Massa Específica, Peso Volúmico e Densidade A Massa Especifica ou Massa Volúmica expressa a massa por unidade de volume de fluido. O produto da massa específica pela aceleração da gravidade designa-se por peso volúmico da substância (Vilas-Boas, 1993). Quando estamos perante um fluido com uma massa volúmica que permanece constante, podemos falar de fluido homogéneo. Por outro lado,. 3.

(16) Revisão da Literatura. quando a massa volúmica varia em pelo menos dois pontos diferentes, falamos de um fluido heterogéneo. A massa específica da água doce pura, aquecida a 4ºC, é de 1000kg/m3. Normalmente, é em relação a ela que são relativizadas as massas específicas de outras substâncias, para a determinação da sua densidade relativa (VilasBoas, 1993). 2.1.3 – Viscosidade A viscosidade é uma propriedade dos fluidos, que se forma a partir da coesão e da interação entre as moléculas dos fluidos, e que oferece resistência à deformação. Diferentes fluidos deformam-se de diferentes modos, quando submetidos a uma acção com a mesma força. Os fluidos com maior viscosidade, como o mel, deformam-se relativamente mais devagar do que os fluidos com viscosidade reduzida, como a água (Featherstone e Nalluri, 1982). A consideração desta característica torna bastante mais complexa a equação do movimento do fluido. A mecânica de fluidos serve-se, normalmente, de dois modelos: num são tidos em conta os efeitos da viscosidade e no outro não. No primeiro modelo, apenas se considera um fluido não viscoso denominado fluido perfeito ou ideal. No segundo modelo, consideram-se os efeitos da viscosidade do fluido, designando-se este por fluido viscoso ou real (Vilas-Boas, 1997). A viscosidade é a principal causa da resistência oferecida por um fluido ao deslocamento do corpo (Streeter e Wylie, 1982). Esta característica faz com que as partículas do liquido, quando entram em contacto com o corpo em movimento, sejam transportadas por este, assumindo, desta forma, uma velocidade relativa em relação a este igual a zero (Clarys,1979).. 4.

(17) Revisão da Literatura. 2.1.4 – Escoamento Laminar, Turbulento e de Transição O escoamento diz-se laminar (Figura 1) quando o perfil de velocidade de um fluido segue uma função parabólica, para condutas fechadas ou uma função hemiparabólica, para condutas abertas ou para escoamentos externos (como é o caso da natação), sendo máxima no eixo ou à periferia, respectivamente (Fédiaevski, 1979). Deste modo, pode dizer-se que um fluido se escoa laminarmente quando a sua velociade média não é muito elevada e a superficie sobre a qual se escoa é lisa, sem evidenciar protuberâncias. Este tipo de escoamento pode ser permanente ou não permanente (Novais-Barbosa, 1985) O regime laminar caracteriza-se pelo fluido se deslocar em camadas, não havendo mistura entre elas. Os escoamentos são movimentos permanentes ou com uma variação de velocidade no tempo suficiente lenta para que lhes sejam aplicáveis as simplicações próprias de regimes permanentes (Novais-Barbosa, 1985).. Figura 1: Representação do escoamento laminar (adaptado de Benjanuvatra, 2002).. Contudo, quando a velocidade de escoamento é superior a um dado valor crítico, o fluido pode escoar-se de forma irregular, com a formação de esteiras. Esta formação surge como resultado da mistura das camadas de fluidos adjacentes, animadas de diferentes velociades. Assim, o escoamento deixa de ser laminar, passando a ser considerado turbolento. Neste caso, o escoamento apresenta um movimento errático, no qual se notam grandes trocas transversais de fluido em movimento (Streeter e Wylie, 1982).. 5.

(18) Revisão da Literatura. A passagem de um escoamento laminar para escoamento turbulento foi evidenciado por um engenheiro inglês chamado Oscar Reynolds, sendo o primeiro a publicar sobre este tema. Reynolds evidenciou que um escomamento deixa de ser laminar e passa a ser turbulento quando uma dada grandeza adimensional for superior a um valor critico ( Vilas-Boas, 1993). Essa grandeza designa-se por número de Reynolds(Re) e é dada pela seguinte equação: Re=Vlρ/µ. (e1). Onde (V) representa a velocidade do fluido, (l) o cumprimento da superfície sobre a qual este se escoa, (ρ) a massa específica do fluido e (µ) o seu coeficiente de viscosidade dinâmica. A equação permite inferir que quanto maior for a velocidade de escoamento do fluido, mais extensa for a superfície na qual esse escoamento ocorre e maior a densidade desse fluido maior será também o número de Reynolds. A turbulência é, então, uma condição irregular do movimento, de tal forma que as diferentes grandezas em jogo apresentam bruscas variações no espaço e no tempo, as quais, na impossibilidade de serem caracterizadas de outro modo, se consideram aleatórias. A variação espacial e temporal de cada grandeza é traduzida por uma função de tal modo complicada, que a sua descrição pormenorizada se torna impossivel, só sendo praticável a respectiva descrição estatística. Segundo Novais-Barbosa (1985), as características mais importantes do escoamento turbulento são: •. a irregularidade;. •. a difusividade, que corresponde a uma rápida mistura no interior do domínio do fluído, acompanhada da transferência de certas quantidades de movimento, calor e massa; as variações rápidas, ou flutuações. de. velocidade,. se. 6. não. forem. acompanhadas. de.

(19) Revisão da Literatura. difusividade, não serão suficientes para a caraterização do escoamento como turbulento; •. o número de Reynolds, que deverá ser suficientemente elevado;. •. a ocorrência de flutuações tridimensionais de vorticidade;. •. a continuidade – esta propriedade é valida para movimentos turbulentos, já que as mais pequenas escalas dos vórtices presentes num escoamento turbulento são de ordem de grandeza muito superior a qualquer escala molecular;. •. a dissipação de energia – a estes fenómenos turbulentos associa-se uma apreciável dissipação de energia, pelo que, se não houver um contínuo fornecimento de energia exterior ao escoamento, a turbulência é rapidamente amortecida, concedendo uma maior homogenidade e isotropia ao movimento.. Figura 2: Representação do escoamento turbulento (adaptado de Benjanuvatra, 2002). A passagem de um movimento laminar a turbulento (Figura 3), ou de um movimento turbulento a laminar, faz-se através de um regime designado regime de transição. A transição é um fenómeno que depende de um apreciável número de parâmetros, dos quais se destaca o número de Reynolds. Num escoamento laminar, cuja velocidade vá aumentando, verifica-se que, a partir de um dado valor de Reynolds, as linhas da corrente adquirem uma certa curvatura, progressivamente acentuada, até se originar uma série de vortices que acabam por perder a sua individualidade, criando a estrutura de escoamento própria dos regimes turbulentos (Novais-Barbosa, 1985).. 7.

(20) Revisão da Literatura. Figura 3: Representação do escoamento de transição (adaptado de Benjanuvatra, 2002). 2.1.5 – Camada Limite O conceito de camada limite deve-se a Prandtl, que constituiu o ponto de partida para o desenvolvimento da Hidráulica nos últimos decénios. Prandtl verificou que o movimento turbulento dos fluidos, fora da proximidade. de. paredes. sólidas,. podia. considerar-se. correctamente. representado por um movimento irrotacional de um fluido de viscosidade desprezável, mas que, na proximidade destas paredes, a existência de apreciaveis tensões tangenciais não era compatível com essa aproximação (Nobais-Barbosa, 1985). Esta camada de fluido, animada de velocidades inferiores à da corrente livre e situada entre esta e a superficie sólida, designa-se por camada limite. Através deste conceito é possível tratar de problemas relativos ao escoamento externo, de uma forma relativamente simplificada, considerando que consiste em dois regimes distintos: (i) o regime adjacente à superficie do corpo, onde a viscosidade é predominante e as forças de fricção são produzidas (camada limite); e (ii) o regime exterior à camada limite, onde se negligencia a viscosidade e se faz uso da teoria de fluidos ideais, considerando que a velocidade de escoamento e as pressões do fluido são influenciadadas pela presença física do objecto e da camada limite que lhe está associada (Vilas-Boas, 1993).. 8.

(21) Revisão da Literatura. 2.2 – Arrasto Hidrodinâmico A progressão na água depende da interacção entre força propulsivas e resistivas (Figura 4). Um nadador pode melhorar a sua performance, aumentando as forças propulsivas, e/ou diminuindo as forças de carácter resistivo que actuam no corpo a uma determinada velocidade (Sanders et al., 2001). É sobre as forças de carácter resistivo que nos interessa reflectir, uma vez que é sobre estas que os principais fabricantes de fatos de banho reclamam os principais ganhos. Este conjunto de forças resistivas denominadas arrasto hidrodinâmico (D), caracterizam-se por uma força externa que actua sobre o corpo, com a mesma direcção, mas com sentido oposto ao deslocamento (Vilas-Boas, 1997).. Figura 4: Representação das forças propulsivas e resistivas a que o nadador está submetido durante o nado (adaptado de Toussaint et al., 2002).. A intensidade de D depende de um complexo de factores, dos quais se destacam quatro grandes categorias: (i) as características do sujeito, (ii) as características dos equipamentos desportivos, (iii) as características físicas do meio, e (iv) a técnica de nado, propriamente dita (Vilas-Boas,1993). A força de arrasto a que um corpo está sujeito, ao deslocar-se na superfície de separação entre a água e o ar, é expressa pela seguinte equação newtoniana: D= ½ ρ CD V2 S. 9. (e2).

(22) Revisão da Literatura. Onde: ρ representa a massa específica da água; V a velocidade de deslocamento; S a área de secção máxima do corpo transversal à direcção da força; e CD o coeficiente de arrasto.. Figura 5: Representação esquemática da área de secção máxima do nadador (adaptado de Clarys, 1979).. Um dos factores determinantes do D, é a secção transversal máxima (S) (Figura 5), ao vector de D. O seu significado assume especial importância na biomecânica da natação, nomeadamente, quando no treino se procura a correcção da técnica de nado. A sua má interpretação levará a que o nadador cometa uma série de falhas técnicas decisivas para a sua prestação durante o nado, como seja: a acentuada obliquação do corpo em imersão, com os membros inferiores em posição mais profunda que o tronco, o que origina um desalinhamento. horizontal.. Esta. falha. poderá. ser. consequência. da:. manutenção da cabeça em extensão, nas técnicas ventrais, ou da sua flexão, na técnica dorsal; entrada, com cruzamento dos membros superiores, na água, que levará a um desalinhamento lateral (Vilas-Boas, 1993). 2.2.1 – Arrasto de Onda, Arrasto de Pressão e Arrasto de Fricção A força de arrasto hidrodinâmico, normalmente, é decomposta em três componentes: o arrasto de onda; o arrasto de pressão; e o arrasto de fricção. Embora na literatura especializada as opiniões não sejam unânimes, a maioria dos autores considera que o arrasto de fricção desempenha um papel. 10.

(23) Revisão da Literatura. de menor importância, relativamente às componentes de pressão e de onda (Vilas-Boas, 2001). Toussaint et al. (2002) afirmam que a contribuição das diferentes componentes para o arrasto total varia com a velocidade. A velocidades baixas, o arrasto de pressão desempenha um papel predominante na intensidade do arrasto hidrodinâmico. A velocidades mais elevadas, o papel preponderante na intensidade de arrasto total cabe ao arrasto de onda (Vilas-Boas, 2001). Por exemplo: à velocidade de 1 m/s a contribuição relativa para o arrasto total é: arrasto de fricção de cerca de 3%; arrasto de onda de cerca de 2% e arrasto de pressão de cerca de 95%. No entanto, se aumentarmos a velocidade para 2 m/s, a contribuição relativa de cada componente passa a ser de: 3%, 20% e 77%, respectivamente (Toussaint et al., 2002). 2.2.1.1 – Arrasto de Onda Quando um nadador se desloca na superfície de separação entre a água e o ar (dois fluidos com densidades diferentes), provoca perturbações nessa superfície, criando um sistema de ondas. Esta deformação na superfície é causada pela diferença de pressões criadas pelo nadador. Sanders et al. (2001) referem que à medida que o nadador aumenta a sua velocidade de nado, a onda que se forma junto à cabeça do nadador, com o aumento da inércia, não consegue escoar rapidamente e, deste modo, contraria o aumento da velocidade. Os mesmos autores referem ainda que, à medida que a velocidade de nado aumenta, maior é a importância que o arrasto de onda assume no arrasto total. A cabeça é apenas um dos vários pontos de que dão origem ao seu próprio sistema de ondas. A cintura escapular, a região glútea e os pés são outros exemplos de pontos de pressão, que dão origem aos seus próprios sistemas de ondas (Figura 6).. 11.

(24) Revisão da Literatura. Figura 6: Representação do sistema de onda de um ponto de pressão em movimento (adaptado de Clarys, 1979). A energia requerida para a formação do sistema total de ondas é transferida para a massa líquida pelo movimento do corpo, denominando-se este processo de arrasto por produção de ondas (Clarys, 1979). Este é o principal processo responsável pela frenagem do nadador (Vilas-Boas, 1993). No estudo efectuado por Takamoto et al. (1985), verificou-se que os nadadores de elite produziam ondas de menor potência quando comparados com nadadores de classe média e de recreio. Esta situação parece ser justificada pela adopção de uma melhor posição hidrodinâmica e por uma técnica de nado mais apurada, verificando-se a redução do número de pontos de pressão, bem como da sua dimensão (VilasBoas, 1993). Outro factor que influencia o arrasto de onda prende-se com o volume corporal imerso. Sanders et al. (2001), referem que o arrasto de onda a que um nadador está sujeito à profundidade de 0,70 m é bastante inferior àquele a que se sujeita quando se desloca à superfície, onde existe uma interface entre a água e o ar (Figura 7).. 12.

(25) Revisão da Literatura. Figura 7: Representação do efeito da profundidade nos valores do arrasto de onda. (adaptado de Toussaint et al, 2002). Ohmichi et al., (1983) mediram a altura das ondas produzidas pelos nadadores e verificaram que estas cresciam com a velocidade de nado, correlacionando-se estas duas variáveis significativamente. Estes Autores mediram a altura das ondas produzidas pelo nadador à velocidade de 1,50 m/s, nas quatro técnicas de nado, e concluíram que estas decrescem de crol para costas, desta técnica para bruços, sendo a técnica de mariposa a que proporciona valores inferiores de altura das ondas. Esta hierarquia foi considerada, pelos autores, de difícil explicação (Vilas-Boas, 1993). 2.2.1.2 – Arrasto de Pressão Quando um nadador se desloca, arrasta uma determinada quantidade de água, que está “colada” ao seu corpo, devido à viscosidade da mesma, que se denomina camada limite. Assim, à medida que um nadador aumenta a sua velocidade as partículas da camada limite tendem a ser travadas, devido aos gradientes de pressão que se geram. Assim, quando se supera o número de Reynolds crítico, a camada limite tem tendência a separar-se do corpo do nadador. De acordo com Clarys (1979), este fenómeno de separação causa um distúrbio no fluxo potencial, o que implica uma conversão da velocidade de. 13.

(26) Revisão da Literatura. deslocamento em pressão. O resultado deste fenómeno é o surgimento de uma força resistiva perpendicular aos elementos da superfície. O ponto de separação do fluido do corpo do nadador depende da forma, do tamanho e da velocidade a que o nadador se desloca. Imediatamente após esse ponto de separação, o fluido pode tornar-se instável, levando à formação de esteiras (Sanders et al., 2001), dizendo-se, assim, que o restabelecimento de pressões é incompleto (Vilas-Boas, 1993). Nas zonas em que se formam essas esteiras diminui a pressão, gerando um gradiente de pressões entre a parte anterior (maior pressão) e a posterior (menor pressão) do nadador (Figura 8), responsável pela criação de forças denominadas arrasto de pressão (Llana, 2002). Estas forças são tanto mais intensas, quanto maiores forem as regiões de estagnação e as esteiras (VilasBoas, 1993).. Figura 8: Representação dos gradientes de pressão entra a parte anterior e a parte posterior (adaptado de Llana, 2002).. O arrasto de pressão é proporcional ao diferencial de pressão criado, em função da área de secção transversal do nadador. Este diferencial de pressão assume uma relação de proporcionalidade com o quadrado da velocidade de deslocamento do nadador. Os factos descritos ajudam a compreender a importância dos nadadores assumirem uma postura hidrodinâmica. Se o nadador assumir uma postura. 14.

(27) Revisão da Literatura. hidrodinâmica incorrecta (aumentando, deste modo, a sua área de secção de transversal) verá o seu arrasto de pressão aumentar (Sanders et al., 2001). Desta forma, para minimizar os efeitos do arrasto de pressão o nadador deverá adoptar postura hidrodinâmica correcta para cada momento. 2.2.1.3 – Arrasto de Fricção Para líquidos, como a água, a velocidade das partículas na interface entre o liquido e o nadador é reduzida a zero, por acção de forças actrativas intermoléculares, denominando-se este efeito, condição de não deslocamento (Vilas-Boas, 1993). O arrasto de fricção é, muitas vezes, atribuído a massas de água mais lentas, que fluem ao longo do corpo do nadador. O arrasto de fricção a que um nadador está sujeito depende da viscosidade e do regime de fluxo (laminar, transição e turbulento), bem como da textura da superfície de contacto do corpo e do fato de banho com a água. Assim, quanto mais viscoso for o líquido, quanto mais turbulento for o escoamento e quanto mais rugosa e extensa for a superficie de contacto com o liquido, maior será a componente do arrasto de fricção (Vilas-Boas, 1993). De acordo com Douglas et al (1979), a componente de fricção do arrasto hidrodinâmico é superior para valores de número de Reynolds mais elevados, pois, para estes valores, o fluxo esperado é turbulento. Nesta circunstância, face à formação de correntes rotacionais, o escoamento turbulento na camada limite implica transferência entre camadas de líquido, animadas de velocidades diferentes, o que se traduz num espessamento da camada limite e, portanto, num incremento da pressão tangencial exercida sobre a superficie do corpo (Vilas-Boas, 1993). De acordo com o que ficou descrito supra, muitas vezes, o arrasto de fricção é tido como desprezável, porque se considera que a separação da camada limite ocorre muito próximo da extremidade anterior do corpo, fazendo com que pervaleçam as componentes de pressão e de onda de arrasto.. 15.

(28) Revisão da Literatura. Um dos argumentos apresentados para reforçar este facto é a não observação de correlação significativa entre a intensidade da força de arrasto hidrodinâmico e a superfície corporal. Alguns autores, como Cazorla (1978), referem que esta componente só assume alguma importância no arrasto hidrodinâmico total quando os nadadores se deslocam a velocidades bastante elevadas. Assim, segundo o mesmo autor, qualquer redução eventual da intensidade de arrasto de fricção, decorrente da depilação ou outras, não teria expressão significativa na prestação desportiva do nadador. No entanto, num estudo, efectuado por Hay (1986), realizado com o objectivo de desenvolver uma técnica de visualização do regime de escoamento de água em torno do nadador, observou que, na técnica de bruços natural, o escoamento parece ser maioritariamente laminar, prevalecendo o arrasto de fricção, relativamente ao de pressão. Clarys (1979) salienta que, devido às constantes alterações da forma e da posição corporal, muitos dos principios hidrodinâmicos, aplicados a corpos rígidos, não são aplicáveis ao estudo do nadador. Na mesma linha de pensamento, Miyashita e Tsunoda (1978) apontam as dificuldades de aplicação da equação e2 (pag. 9) à determinação do arrasto para corpos não rígidos. Assim, parece-nos legítimo supor que aos valores de Reynolds apresentados na literatura, para o corpo do nadador, possa não corresponder a um regime de escoamento turbulento, o que daria uma maior relevância ao arrasto de fricção (Vilas-Boas, 2001). Independentemente da maior ou menor expressão do arrasto de fricção, na determinação do arrasto total, a que se sujeita o nadador, os esforços empreendidos no sentido de garantir a sua minimização serão sempre justificados,. nomeadamente. na. preparação. de. nadadores. de. elite.. Especialmente no que diz respeito aos nadadores de nível técnico mais elevado e com forma hidrodinâmica, onde a componente de pressão desempenha um papel de menor relevo, esta minimização do arrasto de fricção terá maior importância. Assim, não devem ser descoradas questões relativas à. 16.

(29) Revisão da Literatura. qualidade do equipamento desportivo (fato de banho, touca), à depilação e à minimização da superfície corporal imersa (Vilas-Boas, 1993). 2.3 – Avaliação da Força de Arrasto Hidrodinâmico A avaliação da força de arrasto hidrodinâmico a que o nadador é submetido, durante o seu deslocamento, tem sido feita de diversas formas pela comunidade ciêntifica, agrupando-se em duas grandes categorias (Vilas-Boas, 1997): (i) avaliação do Arrasto Passivo (DP), considerando o nadador numa determinada posição, a ser rebocado ou a deslizar após um impulso; e (ii) avaliação do Arrasto Activo (DA), considerando o nadador a deslocar-se nadando. 2.3.1 – Arrasto Passivo Os métodos de determinação de DP não permitem avaliar a repercussão da técnica de nado, mas apenas a maior ou menor predisposição morfológica do nadador para se sujeitar a intensidades reduzidas de arrasto hidrodinâmico. Aparentemente, a única vantagem de determinação de DP resulta da maior facilidade de operacionalização dos métodos de avaliação. De facto, para se determinar DP bastará modelar a curva de desaceleração do nadador após impulso na parede seguido de deslize, ou determinar a força necessária para rebocar o corpo a uma dada velocidade numa dada posição (Figura 9). No primeiro caso, procede-se ao cálculo da força de arrasto por dinâmica inversa e, no segundo, por dinamometria directa.. 17.

(30) Revisão da Literatura. Figura 9: Representação da determinação do arrasto passivo pelo método de reboque (dinamometria directa).. 2.3.2 – Arrasto Activo No que concerne à determinação de DA, os métodos disponíveis são em maior número. Estes métodos podem dividir-se em duas categorias: (i) métodos indirectos, dos quais se destacam os métodos propostos por Rennie et al. (1973, 1975), di Prampero et al. (1974), Holmér (1974, 1975), Pendergast et al. (1977,1978), Clarys (1978, 1979) e Kemper et al. (1983); e (ii) métodos directos, onde se destacam os propostos por Shleihauf (1984), Hollander et al. (1986) e Kolmogorov e Duplishcheva (1992) e de Ungerechts e Niklas (1994), adaptado de di Prampero et al.(1974). 2.3.2.1 – Métodos Indirectos O método de di Prampero et al. (1974), (Figura 10), baseia-se na regressão, para uma dada velocidade, entre o consumo energético e a carga adicional positiva ou negativa a que um nadador está sujeito. Explorando a recta de regressão, para o consumo energético líquido zero, obtém-se a intensidade de arrasto hidrodinâmico à velocidade considerada.. 18.

(31) Revisão da Literatura. Figura 10: Representação esquemática do método de determinação de arrasto hidrodinâmico activo proposto por di Prampero et al., (1974) (adaptado de Vilas-Boas, 2000).. O método proposto por Clarys (1978,1979) é análogo ao de di Prampero et al. (1974), variando apenas na forma de aplicar as cargas positivas e negativas ao nadador. 2.3.2.2 – Métodos Directos O método desenvolvido por Hollander et al. (1986), o MAD – System (Figura 11), consiste na determinação da força média que o nadador exerce sobre um transdutor de força, montados sequencialmente ao longo da piscina e sobre os quais o nadador apoia as suas mãos para “nadar” a uma velociade constante. Esta força horizontal exercida sobre o sistema é considerada igual, em intensidade, à força de DA a que o nadador se submete ao nadar a essa mesma velocidade (Vilas-Boas, 1997).. 19.

(32) Revisão da Literatura. Figura 11: Representação do MAD–System montado numa piscina de 25m (adaptado de Toussaint et al., 2002).. Kolmogorov e Duplishcheva, em 1992, propuseram um novo método para a determinação de DA. Este método baseou-se, fundamentalmente, num raciocínio matemático, que pressupõe a igualdade teórica da potência máxima (D*V),. em. dois esforços. máximos:. um, nadando. livre. de. qualquer. constrangimento (situação 1), e, um outro, nadando rebocando um objecto hidrodinâmico, com propriedades hidrodinâmicas conhecidas (situação 2) (Vilas-Boas, 1997).. Figura 12: Representação do método de determinação de DA desenvolvido por Kolmogorov e Duplishcheva (1992) e do objecto hidrodinâmico com propriedades hidrodinâmicas conhecidas (adaptado de Vilas-Boas et al., 2001).. 20.

(33) Revisão da Literatura. 2.4 – Arrasto Activo e Arrasto Passivo 2.4.1 – Estudos efectuados com fatos Nos tempos mais recentes, tem-se assistido, na Natação Pura Desportiva (NPD), a uma autêntica revolução no que diz respeito aos equipamentos desportivos. De tal forma que, a comunidade científica da natação tem procurado perceber se o lançamento destes novos equipamentos não passa de uma manobra comercial, ou, ao invés, se reveste de uma real importância para a natação e para os seus praticantes. Chatard e Wilson (2006), Mollendrof et al. (2004), Toussaint et al. (1988, 2001, 2002), Oliveira (2002), Benjanuvatra et al. (2002), Sanders et al. (2001), Stager et al. (2000) e Esteves (2000) procuraram, com os seus estudos, avaliar o desempenho dos fatos de banho e o contributo que estes poderão ter no desenvolvimento da natação. Chatard e Wilson (2006) efectuaram um estudo, no qual procuraram determinar o efeito dos fatos de banho FastSkin em D e na economia de nado. Neste estudo, os autores afirmam parecer existir uma redução no consumo de oxigénio e nos valores de arrasto quando os nadadores utilizaram os modelos FullBody (FB) e Leg (L), relativamente à utilização do fato de banho tradicional. Benjanuvatra et al. (2002) realizaram um estudo, com 9 nadadores, no qual compararam os valores da força de impulsão e os valores de DP e de DA, utilizando o fato de banho FastSkin e o fato de banho tradicional. Neste estudo, os autores concluíram que: •. não foram encontrados quaisquer benefícios na utilização do fato de banho Fastskin na força de impulsão;. •. se verificou uma diminuição na componente de fricção de arrasto, aquando da utilização do fato de banho FastSkin;. •. as vantagens do uso do fato de banho FastSkin foram mais evidentes durante a fase de deslize.. 21.

(34) Revisão da Literatura. Oliveira, em 2002, recorrendo ao modelo de determinação de DA proposto por Kolmogorov e Duplishcheva (1992), procurou analisar os efeitos protagonizados pelo uso do fato de banho Aquablade e FastSkin na velocidade máxima de nado, na potência, no coeficiente hidrodinâmico e no DA. Neste estudo, Oliveira conclui que os valores de velocidade máxima crescem em intensidade, quando os nadadores usam os referidos fatos. Toussaint et al. (2001 e 2002) e Sanders et al. (2001), procuraram comparar, nos seus estudos, os efeitos produzidos pelo uso do fato de banho FastSkin, em relação ao uso do fato de banho tradicional, nos valores de arrasto. Os valores do arrasto activo foram determinados com recurso ao MADSystem. No primeiro estudo, os resultados permitiram verificar que não existiam diferenças significativas, em termos estatísticos, na redução dos valores de arrasto quando os nadadores utilizavam o fato de banho FastSkin (Toussaint et al., 2001). No segundo estudo, a curva dos valores de arrasto activo sofreu uma redução de 2%, no entanto, esta diferença não demonstrou ser significativa, em termos estatísticos (Toussaint et al., 2002 e Sanders et al., 2001). Esta redução deverá ter sido causada pela diminuição da componente de fricção de arrasto, que, como já vimos anteriormente, representa uma pequena parte do arrasto. Esteves (2000), num estudo efectuado a partir da metodologia proposta por Kolmogorov e Duplishcheva (1992), adaptada a uma piscina de 25 metros, procurou comparar os valores de D, do coeficiente de arrasto, da potência mecânica propulsiva máxima e da velocidade máxima obtidos com a utilização do fato de banho Aquablade hydrasuit, da marca Speedo, por nadadoras portuguesas, do sexo feminino, de elevado potencial, com os mesmos valores obtidos com a utilização de um fato de banho convencional. Os resultados permitiram concluir que, tal como no estudo de Oliveira (2002), apenas se verificaram melhorias significativas, em termos estatísticos, nos valores de velocidade máxima. Porém, este aumento, segundo o autor, não pode ser imputado a uma redução do arrasto hidrodinamico.. 22.

(35) Objectivos do estudo. 3 – Objectivos do estudo Com base no problema supra referenciado, o presente estudo tem os seguintes objectivos: 1 – Analisar os efeitos protagonizados pelo uso dos diferentes modelos de fatos FastSkin, FSI e FSII, no DP; 2 – Analisar os efeitos protagonizados pelo uso dos diferentes modelos de fatos FastSkin, FSI e FSII, no DP, em velocidade média de provas de fundo e de velocidade; 3 – Analisar se existem diferenças, entre a utilização dos modelos de fato de banho KneeSkin e BodySkin face à utilização do fato de banho tradicional, no DP.. 23.

(36) Metodologia. 4 – Metodologia 4.1 – Caracterização da amostra A amostra é constituída por oito indivíduos (cinco do género feminino e três do género masculino), praticantes de NPD, pertencentes a dois clubes filiados na Associação de Natação do Norte de Portugal (ANNP), dos escalões Juvenil, Júnior e Sénior (Quadro 1). Quadro 1: Principais características da nossa amostra (Legenda: X1,…X5 – elementos do género feminino; Y1, Y2 e Y3 – elementos do género masculino; S.D. – desvio padrão).. Nadador X1 X2 X3 X4 X5 Y1 Y2 Y3 Média S.D. Idade 14,7 14,8 14,7 19,2 21,5 14,5 14,7 20,9 16,875 3,10. Peso (kg) 50 56 60 56 61 52 60 61 57 4,24. Altura (cm) 166 170 166 160 163 177 166 171 167,375 5,24. Tipologia de Fato FastSkin II – KneeSkin FastSkin II – KneeSkin FastSkin II – KneeSkin FastSkin I – BodySkin FastSkin II – BodySkin FastSkin I – BodySkin FastSkin I – LegSkin FastSkin I – KneeSkin. 4.2 - Material e Métodos 4.2.1 – Métodos de determinação do arrasto passivo No nosso estudo procedemos à determinação do arrasto passivo por dinâmica inversa, através da curva de desaceleração da velocidade, após impulso na parede, seguido de deslize, na posição hidrodinâmica em decúbito ventral. A Velocidade foi determinada através do velocímetro desenvolvido por Lima (2006), que consiste num dispositivo de medição da velocidade de 24.

(37) Metodologia. desenrolamento de um fio do tipo fireline, sem elasticidade que o nadador leva preso à cintura pélvica, à altura da anca, sendo desenrolado à medida que o nadador se desloca. O velocímetro é composto por um sensor incremental rotativo, com resolução de 500 pontos por volta e um motor de freio, que garante que a inércia de todo o sistema é insignificante, mantendo o fio permanentemente esticado (Figura 13).. Figura 13: Representação do velocímetro.. Figura 14: Representação do gráfico de velocidade instântanea e média do nadador.. Depois de obtermos os dados da velocidade instantânia do nadador, o passo seguinte foi filtrar estes valores com uma média móvel de 20 pontos (Figura 15).. 25.

(38) Metodologia. Velocidade 3,5. Velocidade (m/s). 3 2,5 2. Velocidade Instantânea. 1,5. Velocidade Filtrada. 1 0,5 0 -0,5 0. 2. 4. 6. 8. tempo (s). Figura 15: Representação do gráfico de velocidade filtrada.. De seguida, determinamos a aceleração através da equação: a= ∆v/∆t. (e3). Onde: a corresponde à acelaração, ∆t corresponde à variação de tempo e ∆v corresponde à variação da velocidade. Da mesma forma que procedemos relativamente aos valores da velocidade, realizamos uma filtragem dos valores da aceleração, agora com uma média móvel de 30 pontos (Figura 16). Aceleração. Velocidade (m/s). 2 1,5 1. Velocidade Filtrada. 0,5. Aceleração Aceleração Filtrada. 0 -0,5 -1 0. 2. 4. 6. 8. Tempo (s). Figura 16: Representação do gráfico da aceleração e da aceleração filtrada.. 26.

(39) Metodologia. A força a que o nadador esteve sujeito, ao longo do precurso de deslize, foi determinada através da seguinte fórmula: F= m*a. (e4). Onde: F corresponde à força, m corresponde à massa do nadador e a corresponde à aceleração. Como podemos verificar pelo gráfico da Figura 17, determinamos os valores da força, para todo o percurso realizado pelo nadador; contudo, só iremos analizar os valores a partir do instante t3.. Força de Arrasto. t1. 80. Força (N). 60 40. t2. 20 0. t3. t0. -20 -40 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Tempo (s). Figura 17: Representação do gráfico da força a que o nadador esteve sujeito durante o percurso de deslize.. O intervalo entre o instante t0 e o instante t3 corresponde à fase de impulsão na parede. O instante t1 corresponde á fase onde a força propulsiva aplicada pelo nadador foi maxima com os membros inferiores a formarem um ângulo de cerca de 45º. O instante t2 corresponde ao momento em que a força propulsiva aplicada pelo nadador é igual à força de arrasto hidrodinâmioco, sendo a aceleração nesse instante igual a zero. A partir do instante t3 o nadador assume a posição hidrodinâmica, encontrando-se sujeito à força de D, que pretendemos avaliar. Depois de realizarmos o tratamento dos dados, constatamos que nenhum dos nadadores, a partir do instante t3, conseguia atingir a velocidade média das diferentes provas de nado. Perante este problema, optamos por determinar 27.

(40) Metodologia. a recta de regressão linear entre DP e o quadrado da velocidade, a partir do instante T2, porque num estudo realizado em 1979, Clarys concluiu que D aumenta, na razão quadrática da velocidade, como expressa a seguinte formula: D= A.V2. (e4). Onde: A é uma constante de proporcionalidade, sendo aproximadamente de 30 para os homens e aproximadamente de 24 para as mulheres, na técnica de crol (Toussaint et al, 1988). Com base nesta fórmula, elevamos a velocidade ao quadrado e obtivemos o gráfico da figura 18.. 0. 0,2. 0,4. 0,6. 0,8. 1. 1,2. 1,4. 1,6. 1,8. 2. 0. Arrasto Passivo (N). -5 -10 -15 -20 -25 -30 Quadrado da Velocidade Filtrada(m^2/s^2. Figura 18: Regressão linear entre DP e o quadrado da velocidade filtrada (R2 = 0,97; p≤ 0,05).. Pela análise do gráfico da figura 17, constatamos que o valor da correlação (R) é bastante elevado. Em todas as situações analisadas, o valor de R foi sempre superior a 0,90, existindo, inclusive, alguns casos em que este valor ficou muito próximo de 1. O passo seguinte foi determinar a velocidade média dos vários recordes nacionais (Quadro 2), de modo a substituir o valor de X nas diferentes fórmulas das rectas de regressão pelo valor das respectivas velocidades médias.. 28.

(41) Metodologia. Quadro 2: Recordes Nacionais Absolutos (ABS) em piscina de 50 metros e respectivas velocidades médias, em vigor em Fevereiro de 2006.. Distância. Recorde Nacional ABS. Velocidade Média. Piscina de 50m. Femininos. Masculinos. Femininos. Masculinos. 50m livres. 26’’43. 22’’86. 1.89m/s. 2.18m/s. 100m livres. 56’’53. 49’’59. 1.76m/s. 2.01m/s. 200m livres. 2’04’’06. 1’49’’98. 1.61m/s. 1.81m/s. 400m livres. 4’19’’89. 3’55’’57. 1.53m/s. 1.69m/s. 800m livres. 8’57’’14. 8’06’’98. 1.49m/s. 1.64m/s. 1500m livres. 17’13’’93. 15’21’’94. 1.45m/s. 1.62m/s. 4.2.2 – Situação de teste Cada nadador realizou seis impulsos da parede, na posição hidrodinâmica em decúbito ventral, conforme a figura, sendo, três ensaios realizados com um fato de banho tradicional e os outros três com um modelo do fato de banho FastSkin. Cada repetição foi precedida de um descanso passivo de três minutos. Esta situação foi cumprida numa piscina coberta e aquecida (temperatura da água a 26º C), num plano de água estacionário.. Figura 19: Representação da posição hidrodinâmica após o impulso na parede (adaptado de Fernandes et al., 2002).. 29.

(42) Metodologia. 4.2.3 – Tratamento estatístico Para todas as variáveis foram utilizadas as formas de análise estatística descritivas básicas: Média, Desvio Padrão, Máximo e Mínimo, recorrendo para tal ao programa Microsoft Office Excel 2003. Uma vez que a nossa amostra era bastante reduzia, optamos pela aplicação do teste de Wilcoxon. Este teste constitui-se como alternativa não paramétrica ao t-teste, para medidas emparelhadas, permitindo analisar a existência de diferenças entre duas condições no mesmo grupo de sujeitos. Deste modo, todas as variáveis estudadas foram analisadas com a utilização do fato de banho tradicional e com o fato de banho FastSkin (FSI ou FSII, dependendo do nadador). Como instrumento para o tratamento estatístico inferencial recorrermos ao software estatístico SPSS versão 14.0.. 30.

(43) Apresentação e Discussão dos Resultados. 5 – Apresentação e Discussão dos Resultados 5.1 – Análise descritiva Nos quadros 3 e 4, apresentamos as médias e respectivos desvios padrão, bem como os valores máximos e mínimos das variáveis do nosso estudo, com o uso de fato de banho tradicional e com o uso do fato de banho FastSkin. Quadro 3: Quadro com a análise descritiva do uso do fato de banho tradicional (Legenda: Vmédia – velocidade média; S.D. – desvio padrão; Vmáx – velocidade máxima; Vmín – velocidade mínima; Dmédia – arrasto médio; Dmáx – valor máximo do arrasto; Dmín – valor mínimo do arrasto).. Fato de Banho Tradicional Nadador X1 X2 X3 X4 X5 Y1 Y2 Y3 Média S.D. Vmédia (m/s). SD (m/s). Vmáx (m/s). Vmín (m/s). Dmédia (N). SD (N). Dmín (N). Dmáx (N). 0,65 0,8 0,81 0,81 0,95 0,87 0,74 0,85. 0,27 0,24 0,24 0,22 0,22 0,22 0,32 0,28. 1,31 1,31 1,33 1,37 1,47 1,4 1,49 1,48. 0,33 0,49 0,52 0,59 0,63 0,59 0,36 0,46. -9,74 -12,9 -11,05 -13,5 -14,37 -14,12 -11,53 -16,99. 6,41 5,09 5,83 6,36 6,91 7,8 7,86 8,04. -2,04 -5,57 -3,64 -5,39 -8,79 -5,78 -3,92 -6,88. -28,07 -24,3 -27,13 -28,33 -34,18 -37,11 -35,59 -41. 0,81 0,09. 0,25 0,04. 1,40 0,08. 0,50 0,11. -13,03 2,26. 6,79 1,06. -4,271 3,87. -31,96 5,81. 31.

(44) Apresentação e Discussão dos Resultados. Quadro 4: Quadro com a análise descritiva do uso do fato de banho FastSkin (Legenda: Vmédia – velocidade média; S.D. – desvio padrão; Vmáx – velocidade máxima; Vmín – velocidade mínima; Dmédia – arrasto médio; Dmáx – valor máximo do arrasto; Dmín – valor mínimo do arrasto).. Fato de Banho FastSkin Nadador X1 X2 X3 X4 X5 Y1 Y2 Y3 Média S.D. Vmédia (m/s). SD (m/s). Vmáx (m/s). Vmín (m/s). Dmédia (N). SD (N). Dmín (N). Dmáx (N). 0,68 0,83 0,8 0,91 1,07 0,91 1,01 1. 0,25 0,26 0,28 0,21 0,166 0,22 0,24 0,29. 1,28 1,35 1,45 1,34 1,43 1,4 1,55 1,66. 0,4 0,47 0,47 0,59 0,82 0,59 0,65 0,58. -10,73 -15,52 -11,64 -15,17 -17,99 -15,29 -16,97 -18,22. 6,81 5,29 6,72 5,06 6,21 8,21 6,52 8,63. -1,63 -5,09 -2,52 -8,96 -12,75 -4,86 -9,3 -8,49. -28,74 -26,61 -27,99 -29,51 -34,98 -40,37 -33,63 -40,4. 0,90 0,13. 0,24 0,04. 1,43 0,12. 0,57 0,13. -15,19 2,75. 6,68 1,25. -6,7 3,80. -32,78 5,47. Após a análise dos quadros 3 e 4, constatamos que os valores da velocidade média foram superiores (com excepção da nadadora X3) quando os nadadores realizaram os impulsos da parede, com o uso do fato de banho FastSkin, comparativamente à realização das saídas da parede, com uso do fato de banho tradicional. Estes resultados vão ao encontro dos obtidos por Esteves (2000) e Oliveira (2002), em que os valores da velocidade máxima de nado foram superiores sempre que os nadadores utilizaram os fatos de banho ora em estudo. Este aumento dos valores da velocidade média poderá dever-se a dois factores: (i) os nadadores poderão ter impulsionado a parede com mais força, ou, (ii) os nadadores com a utilização do fato de banho FastSkin adoptaram um posição e/ou forma mais hidrodinâmica. Como a força de arrasto varia proporcionalmente com o quadrado da velocidade, isto é, quanto maior é a velocidade maior é a força de arrasto, era de esperar que o valor médio da força de arrasto também fosse superior.. 32.

(45) Apresentação e Discussão dos Resultados. Parece-nos importante, também, referir que a variabilidade dos valores encontrados na nossa amostra é muito grande. Este facto é corroborado pela análise comparativa dos valores obtidos por nadadores que utilizaram o mesmo tipo de fato de banho, como por exemplo as nadadoras X4 e X5.. 5.2 – Análise Inferencial 5.2.1 – Efeito dos Fatos de Banho Na análise protagonizada por cada um dos fatos optámos pela aplicação do teste não paramétrico de Wilcoxon, uma vez que, como acima referido, a nossa amostra era bastante reduzida, não apresentando, desta forma, uma distribuição normal, como seria de esperar. Nos quadros seguintes são apresentados os resultados do teste não paramétrico de Wilcoxon, que nos permitiu colocar em evidência os níveis de significância dos diferentes valores obtidos, através da recta de regressão, com o uso do fato de banho tradicional e com o uso do fato de banho FastSkin. Quadro 5: Quadro com a análise inferencial do género feminino (Legenda: S.D. – desvio padrão; P. – valor do nível de significância (teste de Wilcoxon; p≤0,05)).. Fato Tradicional FastSkin. Média DP (N). S.D. (N). Máximo (N). Mínimo (N). -38,98. 8,09. -56,61. -28,54. -38,47. 8,21. -58,99. -28,19. P. ,199. Quadro 6: Quadro com a análise inferencial do género masculino (Legenda: S.D. – desvio padrão; P.– valor do nível de significância (teste de Wilcoxon; p≤0,05)).. Fato Tradicional FastSkin. Média DP (N). S.D. (N). Máximo (N). Mínimo (N). -53,1178. 13,71. -86,07. -36,46. -52,0672. 14,05. -87,25. -36,01. 33. P. ,215.

(46) Apresentação e Discussão dos Resultados. Os resultados obtidos no nosso estudo parecem indicar que não existe qualquer diferença, estatisticamente significativa, nos valores de Dp, quando os nadadores utilizaram o fato Fastskin em comparação com a utilização do fato de banho tradicional. Estes resultados vêm ao encontro dos obtidos por Mollendrof et al. (2004), Toussaint et al. (1989, 2001, 2002), Sanders et al. (2001), Stager et al. (2000), Esteves (2000) e Oliveira (2002), entre outros, que também não encontraram diferenças na redução de D, quando os nadadores utilizavam os denominados fatos de banho de última geração em comparação com os fatos de banho tradicionais. No entanto, será que, se analisarmos os resultados dos testes às diferentes velocidades individualmente consideradas, encontraremos diferenças? Foi o que fizemos de seguida, encontrando-se os resultados obtidos representados nos quadros 7 e 8. Quadro 7: Quadro com a análise inferencial do género feminino às velocidades médias das provas de: 50 metros livres, 100 metros livres e 200 metros livres (Legenda: S.D. – desvio padrão P.– valor do nível de significância (teste de Wilcoxon; p≤0,05)). Feminino. Fato Tradicional FastSkin. 50m livres Média S.D. P DP (N) (N) -52,43 5,51 ,043 -49,68 5,91. 100m livres Média S.D. P DP (N) (N) -45,25 4,00 ,345 -44,31 5,73. 200m livres Média S.D. P DP (N) (N) -37,39 3,43 ,686 -37,03 4,72. Quadro 8: Quadro com a análise inferencial do género feminino às velocidades médias das provas de: 400 metros livres, 800 metros livres e 1500 metros livres (Legenda: S.D. – desvio padrão; P.– valor do nível de significância (teste de Wilcoxon; p≤0,05)). Feminino. Fato Tradicional FastSkin. 400m livres Média S.D. P DP (N) (N). 800m livres Média S.D. P DP (N) (N). 1500m livres Média S.D. P DP (N) (N). -34,6. 2,6. -32,9. 2,4. -31,2. 2,3. -34,4. 3,6. -32,8. 3,3. -31,2. 3. 0,686. 34. 0,893. 0,893.

(47) Apresentação e Discussão dos Resultados. Só foi possível realizar esta análise em relação ao género feminino, uma vez que no género masculino a amostra era de tal forma reduzida que não permitiu a realização da mesma. Pela análise dos quadros 7 e 8 podemos verificar que, com excepção dos resultados obtidos à velocidade de 50 metros livres, não existem diferenças, estatisticamente significativas, na redução dos valores de Dp. Os resultados obtidos à velocidade de 50 metros livres (1,89 m/s) vão ao encontro dos obtidos no estudo de Chatard e Wilson (2006), no qual mediram o D a velocidades compreendidas entre 1,20 m/s e 2,00 m/s e onde obtiveram uma redução significativa no arrasto hidrodinâmico (6.15 ± 7.93% vs 4.73 ± 4.74%). Contudo, os restantes resultados obtidos contrariam estes e parecem ir ao encontro dos obtidos por Toussaint et al. (2001 e 2002), Benjanuvatra et al. (2002), Oliveira (2002), Sanders et al. (2001) e Esteves (2000), que não encontraram diferenças estatiscamente significativas em D, imputáveis ao uso dos fatos de banho de última geração. A redução nos valores de arrasto, à velocidade de 50 metros livres, deverá ter sido conseguida com base na redução dos valores da componente de fricção do arrasto. Esta, como vimos anteriormente, só assume alguma relevância para valores do número de Reynolds superiores, sendo uma possível explicação para a diferença encontrada no nosso estudo. Após termos a análise dos resultados às diferentes velocidades de nado, verificamos se a tipologia do fato influenciava o Dp. Tal como sucedido na análise anterior, a reduzida amostra no género masculino, não permitiu realizar este tratamento estatistico, pelo que, mais uma vez, só foi efectuado para os elementos do género feminino, sendo os resultados apresentados nos quadros 9 e 10.. 35.