Cinética do Ciclismo | Blog do Zipi


Pedalar é uma atividade que requer movimentos sincronizados de múltiplas articulações com o objetivo de gerar propulsão ao transferir para o pedal a força produzida pelos membros inferiores durante o ciclo da pedalada. Considera-se como zero grau do ciclo da pedalada o ponto mais alto alcançado pelo pedivela, posição também conhecida por ponto morto superior.


O ciclo da pedalada se divide em duas fases: fase de propulsão (0-180º) e fase de recuperação (180-360º). A fase de propulsão vai do ponto morto superior (0º) ao ponto morto inferior (180º), enquanto a fase de recuperação vai do ponto morto inferior ao ponto morto superior, considerando o sentido horário (Figura 1). Existem ainda a divisão do ciclo em quatro etapas: impulso (315-45º, em verde), compressão (45-135º, em amarelo), retorno (135-225º, em azul) e puxada (225-315º, em vermelho).

Figura 1. Ciclo da pedalada - FA: força aplicada e
FE: força efetiva. Fonte: Studio Bike Fit.

Mudança na altura do selim altera a cinemática do ciclismo, pois modifica a amplitude de movimento articular nos membros inferiores bem como o comprimento e alavanca muscular. A força responsável em girar o pedivela é tangente à trajetória realizada pelo eixo do pedal. A Figura 2 ilustra as forças atuantes na relação da bicicleta, bem como a força horizontal exercida pelo solo sobre o pneu (F4). O torque gerado pelo pedivela é calculado pelo produto da força F1 pelo comprimento do pedivela (equação 1). Desprezando o peso do conjunto ciclista-bicicleta e as forças inerciais é possível determinar a força sobre a corrente, já que o torque é constante em todos os pontos da coroa (equação 2). Em decorrência da força F2 ser transmitida diretamente da coroa à catraca o torque relativo a este componente é determinado segundo a equação 3. Substituindo a equação 2 na 3 encontra-se uma nova relação, F4, que fica em função de F1 e de todos os raios (equação 4).
Figura 2. Relação entre força aplicada ao pedal e o componente da força horizontal na roda traseira. Seja F1, F2, F4, L1, L2, L3 e L4 a força que age perpendicular ao pedivela, a força de tração sobre a corrente, a força exercida pelo solo sobre o pneu, o comprimento do pedivela, o raio da coroa, o raio da catraca e o raio da roda traseira, respectivamente. O ângulo do seat tube é representado por alfa. Fonte: Studio Bike Fit.

Considerando os valores 17, 10, 2,25 e 35 cm como medidas de L1, L2, L3 e L4, respectivamente, é possível reescrever a equação 4 da seguinte forma: F4=0,11 x F1. Este resultado mostra que a força reativa do solo sobre a roda traseira é igual a 11% da força efetiva aplicada ao pedal (F1). Sentado à bicicleta, o ciclista pode aplicar ao pedal uma força de aproximadamente metade de seu peso corporal durante a fase de propulsão, enquanto que em pé, segurando ao guidão, a força aplicada pode ser até três vezes maior que seu peso corporal. Para uma máxima eficiência mecânica a bicicleta deve ser ajustada de modo que o ciclista possa ter vantagem da intensidade e direcionamento da força aplicada. Assim, o aumento da eficiência é conseguido pela adequação da altura e ajuste horizontal do selim.

    A força aplicada ao pedal (FA) gera um componente vetorial denominado de força efetiva (FE, Figura 1), tangente à trajetória realizada pelo eixo do pedal. A força efetiva é responsável em gerar propulsão à bicicleta e superar a resistência do ar imposta ao ciclista e a força de atrito entre o solo e o pneu. A força efetiva aumenta à medida que o pedivela se aproxima de 90º do ciclo da pedalada, ângulo que corresponde ao pico de atividade do quadríceps. Na intenção de prolongar ao máximo a força efetiva durante a fase de recuperação os dispositivos de fixação do pé ao pedal foram desenvolvidos (ex. sapatilha de ciclismo).

    O torque produzido no ciclo da pedalada é resultante das forças aplicadas em ambos os pedais (equação 5). As forças aplicadas pelos membros inferiores (MIE, membro inferior esquerdo e MID, membro inferior direito) se somam para aumentar o torque propulsor, porém é possível em algumas ocasiões que um dos membros inferiores gere torque negativo. Durante a fase de recuperação é esperado que ocorra uma força ascendente sobre o pedal ou que o pedal não sofra descarga de peso. Para que o torque negativo (força descendente) sobre o pedal na fase de recuperação não ocorra, duas forças devem ser superadas: a força da gravidade sobre o membro inferior e a força inercial ou tendência do peso dos membros inferiores em resistir ao movimento do pedal. Quando estas duas forças não são superadas o peso do membro inferior na fase de recuperação aplica uma força descendente no pedal, produz um torque negativo ao pedivela e reduz a eficiência do torque gerado pelo membro contralateral na fase de propulsão.

T = (FE MIE +  FE MID) x L1          (eq. 5)

    Segundo pesquisa realizada com ciclistas recreacionais e profissionais, alguns dos participantes não realizaram descarga de peso sobre o pedal durante a angulação de 315 a 360°. Puxar o pedal na fase de recuperação é uma condição rara e não é essencial à eficiência da pedalada. Quando o ciclista consegue realizar uma força resultante em direção ascendente torna-se possível puxar o pedal, todavia, ciclistas profissionais reservam essa técnica para aclives ou sprint, pois o gasto energético relacionado à esta prática é, talvez, o principal motivo pelo qual ciclistas geralmente não puxam o pedal na fase de recuperação.


Referência:
Di Alencar TAM, Matias KFS, Oliveira FB. Cinesiologia e Biomecânica do Ciclismo: Uma Revisão. Revista Movimenta 2010; 3(1): 40-51.


José Carlos
Equipe Blog do Zipi

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