Efeito da profundidade do nadador no movimento de pernas na ondulação subaquática

ARTIGO ORIGINAL

PINTO, Marcelo de Oliveira ^[1], PEREIRA, Suzana Matheus ^[2], ROESLER, Helio ^[3]

PINTO, Marcelo de Oliveira. PEREIRA, Suzana Matheus. ROESLER, Helio. Efeito da profundidade do nadador no movimento de pernas na ondulação subaquática. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 03, Ed. 10, Vol. 09, pp.37- 50 Outubro de 2018. ISSN:2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/educacao-fisica/nadador, DOI: 10.32749/nucleodoconhecimento.com.br/educacao-fisica/nadador

RESUMO

O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito das diferenças de profundidade do nadador e sua influência no desempenho do movimento de pernas na ondulação subaquática – MPOS. Participaram da pesquisa vinte e quatro nadadores do sexo masculino (22,2 ± 8,1 anos de idade, 7,3 ± 4,8 anos de prática de natação, 73,1 ± 11,5 kg e massa corporal e 1,77 ± 0,08 metros de estatura), com nível técnico superior a 70% do recorde mundial da prova dos 50 metros Livre e pertencentes a equipes do Estado de Santa Catarina. Eles foram filmados para análise cinemática. Os vídeos de todas as execuções foram digitalizados no programa Ariel Perfomance Analysis Systems – APAS. Foi utilizado a reconstrução Direct Linear Transformation (DLT) do programa APAS da Ariel Dynamics Inc., para obtenção valores numéricos de profundidade. Para os valores de desempenho foram utilizadas quatro câmeras na determinação dos tempos de cada execução. Os resultados sugerem que, para este estudo, a profundidade não foi uma variável determinante no desempenho do MPOS. Concluiu-se que não foram observadas diferenças na variável profundidade com o tempo de cada nadador, portanto não ocorreu a correlação estatística da profundidade com Tempo 5 – 15 m.

Palavra-chave: Natação, Crawl, Desempenho, Pernada de Borboleta.

INTRODUÇÃO

A capacidade de desempenhar gestos técnicos com eficiência levam os praticantes das modalidades a um custo energético menor, fazendo assim que a energia dispendida para percorrer uma determinada unidade de distância seja otimizada (MAGLISCHO, 2010). Nesta perspectiva, observa-se que tantos técnicos, quanto pesquisadores demonstram interesse pelos fatores determinantes do desempenho na melhoria destes gestos técnicos para assim atingir bons desempenhos na natação.

O movimento de pernas na ondulação subaquática – MPOS tem um ótimo equilíbrio entre minimizar o arrasto e maximizar o impulso ao mesmo tempo, além de reduzir o esforço físico exigido do nadador (COHEN et al., 2012). O MPOS é um movimento cíclico no qual os pés oscilam de forma regular na direção vertical. Para um melhor entendimento, pode ser dividido em duas fases: movimento descendente e movimento ascendente (ARELLANO e SANDERS, 2003; SANDERS et al., 2007).

Este movimento subaquático pode ser realizado por até 15 metros após a saída e virada, tendo um papel significativo no desempenho global da natação (CLOTHIER, 2004; CONNABOY, et al., 2009; SANDERS et al., 2007).  Uma vez que a distância de 15 m equivale a 30% de uma piscina olímpica (50 m) e 60% de uma piscina de 25 metros, o MPOS é decisivo nas provas de natação, nas quais, os resultados são frequentemente decididos por centésimos de segundo. O resultado de propulsão ocorre por meio da diferença entre as forças propulsivas e as forças resistivas (ZAMPARO et al., 2012).

A compreensão da mecânica apropriada para a realização da força propulsiva propicia um aumento na potência de nado (MAGLISCHO, 2010). Além disso, a natação subaquática tem um ótimo equilíbrio entre minimizar o arrasto e maximizar o impulso ao mesmo tempo (COHEN et al., 2012). Esta característica só é possível, porque a natação debaixo d’água diminui o arrasto de onda. Esta condição inicia em profundidades de cinquenta centímetros e ocorre principalmente, pela inexistência da tensão superficial que é comum na água (TOUSSAINT e TRUIJENS, 2005). Para Lyttle e Keys (2006), o MPOS é caracterizado por fornecer velocidades mais elevadas do que aquelas mantidas durante o nado. Assim, a busca por uma técnica ideal procura minimizar a perda da aceleração detectada pelo nadador após a saída e a virada.

Na dinâmica do MPOS, Toussaint (2002) constatou que a velocidade na superfície da água é restringida pela formação de ondas de superfície. As ondas resultam da variação de pressão devido às velocidades diferenciais do nadador na água.  Na medida que aumenta a velocidade, a onda de proa aumenta de tamanho. O nadador se desloca através dessa massa d’água, que não pode fluir para fora do caminho rapidamente, o que dificulta o aumento da sua locomoção. Lyttle et al. (2001) mostraram que a natação submersa tem maior eficiência se comparada com a natação de superfície. Isto devido à redução da força de arrasto quando o nadador encontra-se submerso. O estudo de Vennell et al. (2006), por sua vez, comparou o efeito de diferentes profundidades em relação ao arrasto gerado pelo nadador. Esta pesquisa usou uma simulação com manequins. Os resultados indicaram que a resistência da onda no manequim é menor em profundidades superiores a 0,5 m. As medições mostraram que, para evitar o arrasto de onda significativo durante as saídas e viradas, os nadadores devem buscar profundidades superiores a 0,8 m da superfície para melhora seu desempenho.

Marinho et al. (2009) mediram o arrasto durante o deslizamento debaixo d’água e concluíram que, em maiores profundidades, o coeficiente de arrasto é diminuído, facilitando, assim, o deslocamento do nadador.

Contudo a maioria destes estudos está baseada em modelagem matemática e simulações com corpos inertes, carecendo assim como este fator se comporta de forma real. Deste modo, o objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito das diferenças de profundidade do nadador e sua influência no desempenho do movimento de pernas na ondulação subaquática – MPOS.

DESENVOLVIMENTO

MATERIAIS E MÉTODOS

TIPO DE PESQUISA

Este estudo caracterizou-se, do ponto de vista dos seus objetivos, numa pesquisa correlacional, pois, segundo Thomas et al. (2011), estabeleceu relações entre as variáveis na intenção de encontrar esclarecimentos mais aprofundados sobre o comportamento dos fenômenos (o movimento de pernas na ondulação subaquática e o desempenho na natação).

SUJEITOS

Participaram da pesquisa 24 nadadores do sexo masculino (22,2 ± 8,1 anos de idade, 7,3 ± 4,8 anos de prática de natação, 73,1 ± 11,5 kg e massa corporal e 1,77 ± 0,08 metros de estatura), pertencentes a equipes do Estado de Santa Catarina. Em contato prévio com os técnicos, solicitou-se a disponibilidade do maior número de nadadores, com nível técnico superior a 70% do recorde mundial da prova dos 50 metros Livre. Foi levado em conta os seguintes critérios para inclusão: ter uma boa técnica para realizar o nado de borboleta e possuir capacidade de manter-se em apneia na fase subaquática por, no mínimo, 25 metros realizando o MPOS.

A pesquisa foi aprovada pelo Comitê de Ética em Pesquisa e antes de cada coleta, os nadadores foram instruídos em relação aos procedimentos a que seriam submetidos. Foi solicitado que assinassem o termo de consentimento livre e esclarecido e o termo de consentimento para fotos, vídeos e gravações. Todos os procedimentos foram realizados em acordo com os padrões nacionais e internacionais para pesquisas em humanos atendendo as diretrizes dispostas nas Resoluções 196/96 e 466/12 do Conselho Nacional de Saúde.

INSTRUMENTOS

CÂMERAS DE VÍDEO SUBAQUÁTICAS

Para a captura de imagens durante as execuções do nado submerso foram utilizadas quatro câmeras filmadoras subaquáticas: (1) PowerShot D10 (Canon®, Japão), (2) Xacti DMX-CA8 (Sanyo®, Japão), (3) Handycam Dcr-sr68 (Sony®, Japão) e (4) Action Cam HDR-AS15/b (Sony®, Japão). As câmeras 1, 2 e 4 operaram a uma frequência de 30 Hz, e a câmera 3 operou a uma frequência de 60 Hz.

CALIBRAÇÃO

A definição dos parâmetros necessários para a reconstrução DLT (Direct Linear Transformation) exigiram procedimentos de calibração que se constituem de uma série de pontos de localização conhecida no espaço, marcados em uma estrutura rígida (ALLARD et al., 1995). As imagens da estrutura de calibração foram registradas por todas as câmeras usadas para aquisição.

Para este estudo, utilizou-se uma estrutura modular, construída em PVC (polyvinyl chloride), de forma retangular, com 1,50 m de altura, 0,5 m de profundidade, 2 m de largura, tendo a possibilidade de marcar inúmeros pontos. Foram escolhidos 8 pontos de calibração, distribuídos na estrutura, de forma a serem captados em cada uma das câmeras, cobrindo o espaço de ocorrência do onde o nadador passava.

TRATAMENTO DAS IMAGENS

Para análise do nado submerso, os vídeos foram cortados no Software Movie Maker® versão 2012. Os vídeos foram convertidos pelo software Freemake Video Converter®, versão 4.1.3.4, para o formato áudio e vídeo Windows® (.avi), sendo arquivados em pastas por execução de cada nadador.

A tomada do tempo foi realizada até o momento em que a cabeça do nadador (ponto anatômico Vértex) ficasse convergente à linha colocada na raia. O modelo espacial, baseado no modelo de Zatsiorsky e Seluyanov (1983) e adaptado por De Leva (1996), foi transcrito para o programa Ariel Performance Analysis Systems (APAS), da Ariel Dynamics Inc®., com dados de massa e altura dos nadadores. As imagens das 3 câmeras que estavam fixas nos 5, 10 e 15 metros foram digitalizadas quadro a quadro, manualmente, neste programa.

PROCEDIMENTOS

Todos os nadadores realizaram o mesmo aquecimento, que consistia em 5 minutos pedalando em velocidade média em uma bicicleta ergométrica sem carga. Após do aquecimento os nadadores foram submetidos a 4 (quatro) execuções máximas de nado submerso de 17 m, com pelo menos dois minutos de descanso entre as execuções, em repouso passivo (parado na borda da piscina). As execuções foram realizadas em posição hidrodinâmica, envolvendo apenas o movimento de pernas na ondulação subaquática – MPOS. As execuções foram iniciadas na borda (com o nadador grupado e com os pés apoiados paralelamente) após um sinal sonoro, e eram finalizadas quando o nadador passava com a cabeça por uma marca colocada no fundo da piscina a 17 m da borda de partida. Para ser considerada uma execução válida, os nadadores deveriam manter sua trajetória sobre a faixa de orientação longitudinal da raia e não deveriam quebrar a linha d’água antes da marca dos 17 m. Adicionalmente, o nado submerso deveria ser realizado em posição ventral do corpo, da mesma forma como os protocolos utilizados em outras pesquisas (ARELLANO et al., 2002; ARELLANO et al., 2006). Tais condições foram verificadas através de observação, realizada pelos pesquisadores. A profundidade na qual o nadador realizou cada execução não foi controlada. Nenhum feedback de desempenho foi fornecido durante e/ou após as execuções.

Com a finalidade de enumerar cada tentativa, foram utilizadas toucas de cores diferentes para cada uma das execuções, com a seguinte ordem: 1º) preta; 2º) vermelha; 3º) azul; 4º) branca. Quando alguma tentativa não era válida, o sujeito repetia com a mesma cor de touca, sendo analisada apenas a execução válida.

O estudo foi realizado em piscina coberta de 25 X 16 m e 6 raias, com profundidade máxima de 1,8 m e mínima de 1,2 m e temperatura da água de 30 ± 1 ºC, localizada no Centro de Ciência da Saúde e do Esporte – CEFID, na Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC em Florianópolis-SC.

Figura 1 – Configuração das três câmeras posicionadas nos 5, 10 e 15 m e uma última câmera acompanhando o percurso do nadador.

Uma corda de referência foi presa à raia e em anilhas nas respectivas distâncias das câmeras (5, 10 e 15 metros). Esta linha era convergente a sua câmera de referência, sendo utilizada para registro do tempo, que foi adquirido a partir da passagem da cabeça nesta linha ao longo do percurso de movimento dos nadadores.

Foi anexada uma estrutura de aço a cada tripé, que suportava uma lâmpada de led, ligada a um sistema de sincronização com capacidade de cinco saídas simultâneas com adaptadores P2 (similar aos usados por fones de ouvido). Este sistema, por sua vez, foi ligado a uma fonte de 12 volts. Uma das saídas proporcionava a utilização de um equipamento de som. Foram, portanto, utilizadas caixas de som e o sinal luminoso em cada câmera, sendo todos acionados ao mesmo tempo pelo mesmo dispositivo.

MODELO ANATÔMICO

Foi escolhido o ponto anatômico do quadril como referência para obtenção das variáveis cinemáticas de profundidade, este ponto era sinalizado por marcadores esféricos de 20 mm de diâmetro. Este foi colado unilateralmente (no hemicorpo direito), com fita adesiva transparente contendo fundo branco para aumentar o contraste entre o marcador, que é preto, e o corpo do nadador, facilitando assim a identificação dos pontos nas imagens

VARIÁVEIS TEMPORAIS

As Variáveis Temporais referem-se ao tempo de duração de cada execução de cada série, mensurado pelas câmeras localizadas e sincronizadas nos 5, 10 e 15 m e, também, para cada ciclo do MPOS em particular.

Tempo 5 – 15 m (s): corresponde ao tempo gasto pelo nadador para percorrer os 10 m intermediários em cada execução. Esta variável foi usada para definir a performance do sujeito. Foi mensurada através do intervalo decorrido entre a passagem da cabeça (Vertéx) na câmera na linha dos 5 metros e a passagem deste mesmo ponto anatômico na última câmera na linha dos 15 m.

Profundidade (m): medida tomada no eixo “Y” e calculada através da cinemetria 2D. Este valor foi encontrado utilizando como referência o ponto do quadril (ponto da crista ilíaca) atingiu durante um ciclo completo do MPOS como anteriormente descrito no modelo anatômico.

TRATAMENTO ESTATÍSTICO

Os valores médios das quatro execuções de cada sujeito foram utilizados para a análise estatística. Inicialmente, procedeu-se à análise descritiva dos dados, para a identificação dos valores de média e desvio padrão de cada variável. Utilizou-se a correlação de Pearson para investigar a relação da variável profundidade com o desempenho da fase submersa (T5-15m). A normalidade dos dados foi analisada através do teste de Shapiro-Wilk. Todos os procedimentos estatísticos foram realizados com a utilização do software SPSS for Windows versão 20.0 (SPSS Inc., Estados Unidos), e o nível de confiança adotado para todos os testes foi de 95% (p<0,05).

LIMITAÇÕES DO ESTUDO

1. A piscina do estudo oferecia uma profundidade máxima de 1,8m limitando a escolha dos nadadores

2. A marcação final de saída da cabeça estava posicionada nos 17 metros para possibilitar máxima velocidade de passagem nos 15 metros, porém esta escolha va de encontro a validade ecológica, pois nas provas o nadador percorre o máximo de 15 metros em MPOS.

3. O aquecimento se deu aconteceu fora d´água, em uma bicicleta ergométrica, isso foi realizado para evitar o descolamento precoce dos marcadores.

RESULTADOS

ESTATÍSTICA DESCRITIVA

Foram vinte e quatro sujeitos analisados neste trabalho. Os resultados da Tabela 1 representam os tempos mínimo e máximo das execuções em 10 m e as profundidades mínima e máxima atingidas pelos nadadores.

Tabela 1 – Características dos grupos dos voluntários expressos em média e desvio padrão.

Fonte: Produção do próprio autor, 2018.

A média e desvio padrão do tempo das execuções e a correlação entre o desempenho e a profundidade do nadador podem ser observadas na Tabela 2.

Tabela 2 – Média das variáveis mensuradas, desvio padrão e análise da correlação de Pearson em função da varável Tempo 5-15m e da profundidade do nadador.

Nota: s, desvio padrão; r: coeficiente de correlação de Pearson.

Fonte: Produção do próprio autor, 2018.

Com a finalidade de facilitar a compreensão dos resultados foi criado no Software Microsoft Excel 2010 (Microsoft Inc®.) um gráfico de dispersão (Fig. 2) dos dados de tempo 5 – 15m (eixo x) em relação a profundidade do nadador durante o MPOS (eixo y).

Figura 2 – Gráfico de dispersão das execuções do MPOS de tempo 5 – 15m (eixo x) em relação a profundidade do nadador (eixo y). A linha contínua indica a tendência do grupo.

Como pode-se observar, tanto no gráfico de dispersão, quanto nas tabelas as variáveis aferidas não apresentam relação com a profundidade onde o nadador executa o MPOS, assim a variável profundidade não exibiu correlação estatística com Tempo 5 – 15 m.

DISCUSSÃO

Na literatura revisada, há consenso sobre a influência da variável de profundidade com a performance da natação subaquática. Contudo, estudos que encontraram esta relação usaram modelagem matemática e corpos inertes (manequins) para atingirem o objetivo.

Lyttle et al. (2001) mostraram que a natação submersa tem maior eficiência se comparada com a natação de superfície. Isto devido à redução da força de arrasto quando o nadador encontra-se submerso. Em outro estudo realizado por estes mesmos autores (2006), mediu-se o arrasto passivo, utilizando uma máquina de reboque em diferentes velocidades e profundidades de deslizamento. Os resultados indicaram uma diminuição de 10 a 20% na força de arrasto quando o nadador se desloca a 0,4 e 0,6 m de profundidade em relação a superfície da água e uma redução de 7 a 14% quando o deslizamento ocorre a 0,2 m de profundidade.  Toussaint (2002), por sua vez, defendeu que a realização do MPOS em maior profundidade diminuiria a força de arrasto criada pela onda formada pelo nadador. Marinho et al. (2009) também concluíram que em maiores profundidades o coeficiente de arrasto é menor, facilitando o deslocamento do nadador. A partir destas constatações levantou-se a hipótese do presente trabalho que foi que a profundidade seria um componente influenciador do desempenho da natação subaquática, contudo, não encontrou diferenças significativas na variável de profundidade e, desta forma, não foram detectados valores correlacionados com o tempo de 5 – 15m.

Não se ignora a importância da aplicação das técnicas computacionais para a natação, na forma realizada, por exemplo, pela pesquisa feita por Cohen et al. (2012). Uma das principais vantagens deste tipo de trabalho é a capacidade de calcular a eficiência mecânica realizada pelo nadador. Porém, por mais avançadas que sejam estas análises elas desprezam a complexidade do ser humano em desempenhar uma ação como o MPOS.

Desta forma, Wei et al. (2014), discute que as habilidades para estudar a dinâmica de fluidos na natação, por modelagem matemática, ainda são precárias para modelar as condições verdadeiramente complexas do entendimento em ambientes aquáticos. Além disso, a conexão entre fatores biomecânicos de computação com o gasto energético e fisiológico do ser humano real ainda permanece indefinida. Daí a importância de estudos práticos como o presente, de forma a criar estimativas mais próximas das condições reais do referido fenômeno.

O presente estudo não descarta as teorias de Toussaint (2002), que em maiores profundidades diminuiria a força de arrasto criada pela onda formada pelo nadador. Nem de Lyttle et al. (2001) que mostraram que haveria uma redução de 10% a 20% na força do arrasto quando o nadador está em determinada profundidade. O que este estudo sugere é que apesar destes fatores a profundidade não influencia na performance, tendo o nadador subsídios outros para compensar esta diferença de arrasto que é causada pela profundidade.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Diante do exposto, percebeu-se que, para este estudo, a profundidade não foi uma variável determinante no desempenho do MPOS. Sob essa perspectiva, portanto, sugere-se que a escolha da profundidade durante a realização do MPOS pelo nadador é um fator que não contribui para a melhoria da performance do nadador. Sendo que esta procura subsídios outros para otimizar seu desempenho. Pesquisas futuras devem procurar quantificar outras variáveis para o melhor entendimento dos fatores ligados à melhora do desempenho do nado submerso.

REFERÊNCIAS

ALLARD, Paul; AISSAOULI, Reachid; BLANCHI, Jean Pierre. Three-dimensional analysis of human movement. Montreal: Human Kinetics. 1995.

ARELLANO, Raúl; PARDILLO, Susana; GAVILÁN, Arantxa. Usefulness of the Strouhal number in evaluating human under-water undulatory swimming. Biomechanics and medicine in swimming IX, p. 33-38, 2003.

ARELLANO, Raúl; PARDILLO, Susana; GAVILÁN, Arantxa. Underwater undulatory swimming: Kinematic characteristics, vortex generation and application during the start, turn and swimming strokes. In: Proceedings of the XXth International Symposium on Biomechanics in Sports, Universidad de Granada. 2002.

ARELLANO, Raúl; TERRES-NICOL, J. M.; REDONDO, Jose M. Fundamental hydrodynamics of swimming propulsion. Portuguese Journal of Sport Sciences, v. 6, n. supl 2, p. 15-20, 2006.

CLOTHIER, Peter James. Underwater kicking following the freestyle tumble turn. Tese de Doutorado. University of Ballarat. 2004.

COHEN, Raymond CZ; CLEARY, Paul W.; MASON, Bruce R. Simulations of dolphin kick swimming using smoothed particle hydrodynamics. Human movement science, v. 31, n. 3, p. 604-619, 2012.

CONNABOY, Chris; COLEMAN, Simon; SANDERS, Ross H. Hydrodynamics of undulatory underwater swimming: A review. Sports Biomechanics, v. 8, n. 4, p. 360-380, 2009.

DE LEVA, P. Adjustments to Zatsiorky-Seluyanov’s segment inertiab parameters. Journal Biomechanics, 29(9), 1223-1230. 1996.

LYTTLE, Andrew.; KEYS, M. The application of computational fluid dynamics for technique prescription in underwater kicking. Portuguese Journal of Sport Sciences, v. 6, n. 2, p. 233-235, 2006.

LYTTLE, Andrew D. et al. Net forces during tethered simulation of underwater streamlined gliding and kicking techniques of the freestyle turn. Journal of sports sciences, v. 18, n. 10, p. 801-807, 2001.

MAGLISCHO, Ernest W. Nadando o mais rápido possível. Manole, 2010.

MARINHO, Daniel A. et al. The hydrodynamic drag during gliding in swimming. Journal of Applied Biomechanics, v. 25, n. 3, p. 253-257, 2009.

SANDERS, Ross H. Kinematics, coordination, variability, and biological noise in the prone flutter kick at different levels of a “learn-to-swim” programme. Journal of sports sciences, v. 25, n. 2, p. 213-227, 2007.

THOMAS, Jerry R.; NELSON, Jack K.; SILVERMAN, Stephen J. Research methods in physical activity. Human Kinetics, 2011.

TOUSSAINT, H. U. U. B.; TRULTENS, M. Biomechanical aspects of peak performance in human swimming. Animal Biology, v. 55, n. 1, p. 17-40, 2005.

TOUSSAINT, Huub M.; HOLLANDER, A. Peter. Energetics of competitive swimming. Sports, 2002.

VENNELL, Ross; PEASE, Dave; WILSON, Barry. Wave drag on human swimmers. Journal of biomechanics, v. 39, n. 4, p. 664-671, 2006.

WEI, Timothy; MARK, Russell; HUTCHISON, Sean. The Fluid Dynamics of Competitive Swimming. Annual Review of Fluid Mechanics, v. 46, p. 547-565, 2014.

ZAMPARO, P. et al. The contribution of underwater kicking efficiency in determining” turning performance” in front crawl swimming. The Journal of sports medicine and physical fitness, v. 52, n. 5, p. 457-464, 2012.

^[1] Mestre em Ciência do Movimento Humano (UDESC) – Mestre em Biologia Vegetal (UFSC) – Graduado em Educação Física Bacharelado (UDESC) – Graduado em Engenharia de Aquicultura (UFSC).

^[2] Doutora em Ciências do Desporto pela Universidade do Porto (2009). Mestre em em Ciências do Movimento Humano pela Universidade do Estado de Santa Catarina. Graduação em licenciatura plena em Educação Física pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

^[3] Doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Mestre em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Graduação em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Enviado: Outubro, 2018

Aprovado: Outubro, 2018