E1 Mecânica do Centro de Massa e Equilíbrio

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O centro de massa é o ponto que resume o comportamento translacional de todo o corpo do mamífero: seguir esse único ponto é praticamente equivalente a seguir o movimento de todo o corpo. Sua trajetória, velocidade e aceleração são determinadas exclusivamente pelas forças externas que atuam sobre o corpo: a força de reação do solo, a gravidade e a resistência aerodinâmica ou hidrodinâmica do meio em que se move. Em mamíferos terrestres, a locomoção pode ser descrita, em primeira aproximação, como o movimento desse centro de massa sujeito apenas à gravidade e à força de reação do solo.

Esse movimento do centro de massa sujeito à gravidade e à força de reação do solo é aproximado, dependendo do tipo de marcha, por dois modelos fundamentais. Ao caminhar, o centro de massa se comporta como a massa de um pêndulo invertido oscilando em torno de seu ponto de apoio no solo. Ao correr, por outro lado, o centro de massa se comporta como uma massa sustentada por uma mola que se comprime com o impacto e se estende com a impulsão, armazenando e liberando energia a cada passada.

A energia mecânica do centro de massa, que é a soma de sua energia cinética e potencial em qualquer dado momento, flutua ao longo de todo o ciclo locomotor, seguindo a mesma troca descrita por esses dois modelos: na caminhada, a energia cinética e potencial do centro de massa são trocadas como um pêndulo, enquanto na corrida, ambas aumentam e diminuem juntas, com a mola muscular absorvendo e liberando energia entre um ponto de contato e o seguinte. A capacidade do corpo de recuperar, de um passo para o outro, a energia mecânica que o centro de massa perde e ganha em cada ciclo é o que determina a eficiência da locomoção.

Além de determinar a eficiência energética, a posição do centro de massa desempenha outro papel distinto: em comparação com a base de apoio, a região delimitada pelos pontos de contato entre o corpo e o solo, essa posição é o critério que define a estabilidade estática do animal em qualquer dado momento.

Durante a corrida, e também durante o salto, existe uma fase aérea na qual nenhum ponto do corpo toca o solo: nessa fase de voo livre, o centro de massa não está mais sujeito à força de reação do solo e, sujeito apenas à gravidade, segue uma trajetória parabólica até o próximo ponto de contato. A determinação experimental dessa trajetória e da energia mecânica do centro de massa ao longo de todo o ciclo locomotor em mamíferos de qualquer porte é obtida pela integração da força de reação do solo medida diretamente durante o contato, duas vezes ao longo do tempo: uma primeira integração fornece a velocidade do centro de massa a cada instante, e uma segunda integração, baseada nessa velocidade, fornece sua posição. Esse procedimento é o método experimental padrão para reconstruir, a partir de uma única medição de força, o comportamento completo do centro de massa com o qual esta descrição se iniciou.

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