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Biomecânica I

O estudo da estrutura e função dos sistemas biológicos por meio dos métodos da mecânica.

Disciplina de graduação do curso de Engenharia Biomédica

Sigla: DAESTB007-17SB e NAESTB007-17SB

TPI: 2-2-4

Carga Horária: 48h

Recomendação: Mecânica dos Sólidos I; Computação Científica aplicada a Problemas Biológicos.

Professor: Marcos Duarte, Renato Watanabe

Assistente: Lucas Santana da Silva

Horário e local (2018.Q3)

  • Diurno: Segundas 8h-10h e Quartas 10h-12h. Sala A1-L102, campus São Bernardo do Campo.
  • Noturno: Segundas 19h-21h e Quartas 21h-23h. Sala A1-L102, campus São Bernardo do Campo.

Cronograma

Aula Data Local Assunto
1 m  17/09 A1-L102 Apresentação da disciplina

Introduction to Biomechanics

2 m 19/09 A1-L102 Python for scientific computing

Python tutorial

Tarefa 1 para aula 3 (entregar antes da aula do dia 24/9):

  • Escreva um Jupyter notebook com modelagem e simulação (gráficos) da posição, velocidade e aceleração versus tempo de uma partícula lançada ao ar próximo da superfície da Terra (despreze a resistência do ar, adote aceleração da gravidade constante e escolha quaisquer posição, ângulo e velocidade iniciais).
  • E-mail seu notebook (arquivo com extensão .ipynb) para marcos.duarte@ufabc.edu.br com o assunto TAREFA 1
3 m    24/09 A1-L102 Kinematics of particle

Review: Scalar and Vector

Tarefa 2 até dia 3/10:

  • Escreva um Jupyter notebook com a solução dos problemas 2 e 3 do notebook Kinematics of particle.
  • E-mail seu notebook para marcos.duarte@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 2 – seu nome
4 l 26/09 BMClab Laboratório experimental: cinemática de partícula

Leia o cap. 2 de Paython & Barlett (2008) para entender aspectos técnicos da análise do movimento por vídeo

Tarefa 3 para aula 5 (entregar até antes da aula do dia 8/10):

  • Dados da coleta (videos @ 30 fps): diurno, noturno
  • Digitalizar video do experimento e salvar estes dados num arquivo de texto.
  • E-mail este arquivo para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 3 – seu nome
 01/10 Não haverá aula (workshop das engenharias)
 03/10 Não haverá aula (workshop das engenharias)
5 r    8/10 A1-L102 Prova I (assunto: aulas e problemas dos notebooks)

Laboratório computacional: Processamento dos dados do laboratório

Tarefa 4 para aula 7 (entregar até antes da aula do dia 15/10)

Relatório do laboratório I (em formato Jupyter notebook):

  • Estimar as trajetórias para posição, velocidade e aceleração (especificamente estimar o valor da aceleração da gravidade).
  • Ajustar modelo aos dados numéricos compatível com o fenômeno analisado.
  • Plotar as estimativas da posição, velocidade e aceleração obtidas numericamente e a partir do modelo.
  • E-mail este arquivo para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 4 – seu nome

Exemplos da Tarefa 4

6 r  10/10 A1-L102 Time-varying frame

Angular Kinematics

Polar Coordinate

Sugestão de exercícios:

  1. Problemas 14.1.1 até 14.1.14 do livro do  Ruina e Rudra.
  2. Problemas 17.1.1 até 17.1.10 do livro do  Ruina e Rudra.
7 r 15/10 A1-L102 Laboratório computacional: Processamento dos dados do laboratório

Tarefa 5 para aula 9(entregar até antes da aula do dia 22/10)

  • Encontrar uma base para cada instante em que um dos versores da base tenha a direção da velocidade da bola.
  • Esta tarefa deve ser feita em Jupyter notebook.
  • E-mail este arquivo para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 5- seu nome
8 r 17/10 A1-L102 Prova II

Frame of reference

9 m 22/10 BMClab Laboratório experimental: cinemática de corpos rígidos, análise da marcha

Artigo Leardini et al. (2007)

Tarefa 6 para aula 13 (entregar até antes da aula do dia 5/11):

  • Dados da coleta (videos @ 30 fps): diurno, noturno
  • Digitalizar videos do experimento para realizar análise 2D da marcha e salvar estes dados num arquivo de texto.
  • E-mail este arquivo para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 6 – seu nome
10 m 24/10 A1-L102 Laboratório computacional: Construção de bases e sistema de coordenadas

Frame of reference, Scalar and vector

11 r 29/10 A1-L102 Kinematics of rigid body in two dimensions 

Sugestão de exercícios:

1. Problemas 15.2.5, 15.2.10, 15.2.11 e 15.2.20 do livro de Ruina e Rudra.
2. Problemas 16.1.2, 16.1.8, 16.1.9, 16.1.10, 16.1.11 e 16.1.12 do livro de Ruina e Rudra.

12 m  31/10 A1-L102 Kinematics of rigid body in two dimensions: Kinematic chain in a plane
13 r  05/11 A1-L102 Laboratório computacional

 

Tarefa 7 para aula 17  (entregar até antes da aula do dia 21/11):

  •  Calcular sistemas de coordenadas global e locais (pé, perna, coxa e quadril) a partir do vídeo de uma passada do andar.
  • Esta tarefa deve ser feita em Jupyter notebook.
  • E-mail este arquivo para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 7- seu nome
14 r  07/11 A1-L102 Kinematics of rigid body in two dimensions
15 r  12/11 A1-L102 Laboratório computacional
16 r  14/11 A1-L102 Prova III
19/11 Feriado
17 m  21/11 A1-L102 Kinematics of rigid body in three dimensions
18 m  26/11 A1-L102 Kinematics of rigid body in three dimensions
19 r  28/11 A1-L102 Laboratório computacional

Tarefa 8 Entrega do Relatório II

20 m  03/12 A1-L102 Prova IV
21 r  05/12 BMClab Prova substitutiva

Avaliação de desempenho e critérios de aprovação

  • MF = 0,2*Prova1 +0,2*Prova1 + 0,2*Prova3 + 0,2*Prova4 + 0,2*Tarefas

A conversão para a escala de notas será: A ≥ 8,5;  8,5 > B ≥ 7,0; 6,0 ≥ C < 7,0; 5 ≥  D < 6,0

Prova substitutiva apenas mediante apresentação de justificativa para perda das provas.

Para quem realizar a prova de recuperação, a nota final será a média aritmética entre as notas obtidas na disciplina e na recuperação: NF = (MF+REC)/2. A conversão de nota para conceito será a mesma.

Laboratórios

Lab I. Análise cinemática de partícula. 2. Estimar as trajetórias para posição, velocidade e aceleração (especificamente estimar o valor da aceleração da gravidade). 3. Ajustar modelo aos dados numéricos compatível com o fenômeno analisado. 4. Plotar as estimativas da posição, velocidade e aceleração obtidas numericamente e a partir do modelo.

Lab II. Análise cinemática de corpo rígido. Entregue por e-mail do relatório técnico reportando as seguintes estimativas a partir dos dados experimentais coletados no laboratório: 1. Calcular ângulos articulares do tornozelo, joelho e quadril no plano sagital com estes dados. 2. Calcular estes mesmos ângulos articulares no plano sagital com os dados numéricos 3D (utilizar somente as coordenadas no plano sagital). 3. Plotar estas curvas e compará-las.

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Referências

  1. Notas de aut
  2. Leardini A, Sawacha Z, Paolini G, Ingrosso S, Nativo R, Benedetti MG (2007) A new anatomically based protocol for gait analysis in children. Gait & posture, 560-571.
  3. Lynch KM, Park FC (2017) Modern Robotics: Mechanics, Planning, and Control, Cambridge University Press.
  4. Payton C, Barlett T (2008) Biomechanical evaluation of movement in sport and exercise: the British
    Association of Sport and Exercise Science guide. Routledge.
  5. Robertson G, Caldwell G, Hamill J, Kamen G (2013) Research Methods in Biomechanics. 2nd Edition. Human Kinetics.
  6. Ruina A, Rudra P (2013) Introduction to Statics and Dynamics. Oxford University Press.
  7. Winter DA (2009) Biomechanics and motor control of human movement. 4 ed. Hoboken, EUA: Wiley. xiv, 370 p. ISBN 9780470398180.
  8. Zatsiorsky VM (1998) Kinematics of human motion. Champaign, IL: Human Kinetics. 419 p. ISBN 0880116765.

Notas