Medidas de trabalho, potência e dispêndio energético no exercício

Medidas de trabalho, potência e dispêndio Medidas de trabalho, potência e dispêndio energético no exercícioenergético no exercício

Objetivos da aulaObjetivos da aula

• A final da aula, você deverá ser capaz de:A final da aula, você deverá ser capaz de:- Definir trabalho, potência, energia e eficiênciaDefinir trabalho, potência, energia e eficiência- Realizar os procedimentos básicos para calcular o trabalho e Realizar os procedimentos básicos para calcular o trabalho e potência em exercícios no cicloergômetro e na esteirapotência em exercícios no cicloergômetro e na esteira

-Descrever os fundamentos de medição do dispêndio energético Descrever os fundamentos de medição do dispêndio energético através da calorimetria direta e indiretaatravés da calorimetria direta e indireta-Discutir os procedimentos para cálculo do dispêndio energético -Discutir os procedimentos para cálculo do dispêndio energético durante o deslocamento horizontal na caminhada e corridadurante o deslocamento horizontal na caminhada e corrida

-Definir: a) kpm, b) VO2 relativo, c) MET e d) expirometria de Definir: a) kpm, b) VO2 relativo, c) MET e d) expirometria de circuito abertocircuito aberto- Descrever os procedimentos usados para calcular a eficiência - Descrever os procedimentos usados para calcular a eficiência bruta no exercício em estado estávelbruta no exercício em estado estável

IntroduçãoIntrodução

Aplicações de medidas de trabalho, potência e Aplicações de medidas de trabalho, potência e dispêndio energéticodispêndio energético

– Necessidades energéticas para prescrição Necessidades energéticas para prescrição

de dietasde dietas

– Avaliar aptidão físicaAvaliar aptidão física

UNIDADES SIUNIDADES SI

UnidadesUnidades Unidades SIUnidades SI

MassaMassa Quilograma (kg)Quilograma (kg)

DistânciaDistância Metros (m)Metros (m)

TempoTempo Segundos (s)Segundos (s)

ForçaForça Newton (N)Newton (N)

TrabalhoTrabalho Joule (J)Joule (J)

EnergiaEnergia Joule (J) Quilocaloria (Kcal)Joule (J) Quilocaloria (Kcal)

PotênciaPotência Watt (W)Watt (W)

VelocidadeVelocidade Metros por segundo (m . sMetros por segundo (m . s-1-1))

TorqueTorque Newtons metro (N.m)Newtons metro (N.m)

Balanço energético no Balanço energético no organismoorganismo

Energia no alimento=

Energia liberada (calor) +

Energia liberada (trabalho) ±

Energia armazenada (gordura)

Energia no exercícioEnergia no exercício

Energia Química

Trabalho Interno Trabalho

Externo Útil

Calor

Trabalho não aproveitado


Energia Química


Externo Útil

Calor


Mensuração do Trabalho e da Mensuração do Trabalho e da PotênciaPotência

Ergometria: Mensuração do Ergometria: Mensuração do trabalho externo realizadotrabalho externo realizado

Ergômetro: Aparelho ou Ergômetro: Aparelho ou dispositivo utilizados para dispositivo utilizados para mensurar um tipo especifico mensurar um tipo especifico de trabalhode trabalho

Trabalho e potênciaTrabalho e potência

TrabalhoTrabalho

– T = F x DT = F x D» onde T: trabalhoonde T: trabalho

» F: ForçaF: Força

» D: distânciaD: distância

Unidade de medidaUnidade de medida

– J: jouleJ: joule

– cal: caloriacal: caloria

– kgm ou kpm: kilograma kgm ou kpm: kilograma metro ou kilopound metrometro ou kilopound metro

PotênciaPotência

– P= F x D / tP= F x D / t» onde t = tempoonde t = tempo

Unidade de medidaUnidade de medida

– W: watt=J/sW: watt=J/s

– kcal/min: kcal/min:

– kgm/min ou kp/min:kgm/min ou kp/min:

Cálculo de trabalho e potênciaCálculo de trabalho e potência

Cicloergômetro (Monark)Cicloergômetro (Monark)

– Duração do exercício = Duração do exercício = 10 min10 min

– Resistência = 2,0 kpResistência = 2,0 kp

– Distância por volta = 6 Distância por volta = 6 mm

– Cadência = 50 rpmCadência = 50 rpm Qual o trabalho ?Qual o trabalho ? Qual a potência ?Qual a potência ?

TrabalhoTrabalho

– T = F x dT = F x d

– T = 2,0 kp x 10 min x 6 m x T = 2,0 kp x 10 min x 6 m x 50/min = 6.000 kpm50/min = 6.000 kpm

– T = 6.000 x 10 m/sT = 6.000 x 10 m/s2 2 = 60 KJ= 60 KJ PotênciaPotência

– P = 6.000 kpm/10 min = 600 P = 6.000 kpm/10 min = 600 kpm/minkpm/min

Cálculo de trabalho e potênciaCálculo de trabalho e potência

EsteiraEsteira

– Não existe trabalho Não existe trabalho horizontal, somente horizontal, somente verticalvertical

– Peso = 70 kgPeso = 70 kg

– Velocidade = 12 km/hVelocidade = 12 km/h

– Inclinação = 7,5 %Inclinação = 7,5 %

– Tempo de exercício = 10 Tempo de exercício = 10 minmin

Distância vertical (Dv)Distância vertical (Dv)– Dv = 10 min x Dv = 10 min x

12000m/60min x 0,075 12000m/60min x 0,075 – Dv = 150 mDv = 150 m

TrabalhoTrabalho– T=70 kg x 150 m = 10.500 T=70 kg x 150 m = 10.500

kpmkpm– T=10.500 kpm x 10 m/sT=10.500 kpm x 10 m/s22=105 =105

KJKJ PotênciaPotência

– P = 10.500 kpm/10 min = P = 10.500 kpm/10 min = 1.050 kpm/min1.050 kpm/min

– P = 105.000 J/600 s = 175 wP = 105.000 J/600 s = 175 w


Energia Química


Externo Útil

Calor


Princípios de calorimetriaPrincípios de calorimetria

Calorimetria direta:Calorimetria direta:

– Mede calor produzido Mede calor produzido pelo corpopelo corpo

– energia produzida pela energia produzida pela combustão de alimentos combustão de alimentos é igual ao calor liberadoé igual ao calor liberado

Água

Ar

O2 consumido

Termômetro

Calorimetria indireta de circuito abertoCalorimetria indireta de circuito aberto

Princípio:Princípio:

– calorias fornecidas por calorias fornecidas por combustão de oxigênio combustão de oxigênio depende do nutrientedepende do nutriente

0123456789

kcal/g kcal/l O2 kcal / lCO2

Carboidratos Proteínas Gorduras

Equivalente calórico de Equivalente calórico de carboidratos e gordurascarboidratos e gorduras

CarboidratosCarboidratos– CC66HH1212OO66 + 6 O + 6 O22

6 CO 6 CO22 + 6 H + 6 H22OO

– QR = VCOQR = VCO22/VO/VO22

= 6/6 = 1= 6/6 = 1

– 1 g CHO produz 4 Kcal1 g CHO produz 4 Kcal– 1 l O1 l O22 produz 5,05 Kcal produz 5,05 Kcal

GordurasGorduras– CC1616HH3232OO22 + 23 O + 23 O22

16 CO 16 CO22 + 23 H + 23 H22OO

--1 g Gordura produz 9 Kcal1 g Gordura produz 9 Kcal

- l l O- l l O22 produz 4,7 Kcal produz 4,7 Kcal

– QR =VCOQR =VCO22/VO/VO22

= 16/23 = 0,70= 16/23 = 0,70

Relação QR e energia Relação QR e energia produzida por litro de Oproduzida por litro de O22

Quantas Kcal de energia são Quantas Kcal de energia são produzidos quando:produzidos quando:– QR=0,7QR=0,7– QR=1,0QR=1,0

Qual o combustível que Qual o combustível que utilizamos nas condições acima ?utilizamos nas condições acima ?

Quantas Kcal são produzidas Quantas Kcal são produzidas quando utilizamos 1 l de Oquando utilizamos 1 l de O22 para para oxidar:oxidar:– Gordura ?Gordura ?– Carboidratos ?Carboidratos ?

Qual combustível produz mais Qual combustível produz mais energia por litro de Oenergia por litro de O22 ? ?

4,65

4,7

4,75

4,8

4,85

4,9

4,95

5

5,05

5,1

0,7 0,8 0,9 1

QR

Kca

l/l O

2

Exercício: Qual o dispendio Exercício: Qual o dispendio energético ?energético ?

DadosDados

– Duração 4 minDuração 4 min

– Expirometria em estado Expirometria em estado estávelestável

» VOVO22=2 l/min=2 l/min

» VCOVCO22=1,92 l/min=1,92 l/min

– Calcule o QRCalcule o QR

– Quantas Kcal nos 4 min ?Quantas Kcal nos 4 min ?

– Qual a proporção de energia Qual a proporção de energia de CHO ? E de gordura ?de CHO ? E de gordura ?

QR % Carboidratos % Gordura Kcal/l O2

0,70 0% 100% 4,70

0,72 7% 93% 4,72

0,74 13% 87% 4,75

0,76 20% 80% 4,77

0,78 27% 73% 4,79

0,80 33% 67% 4,82

0,82 40% 60% 4,84

0,84 47% 53% 4,86

0,86 53% 47% 4,89

0,88 60% 40% 4,91

0,90 67% 33% 4,93

0,92 73% 27% 4,96

0,94 80% 20% 4,98

0,96 87% 13% 5,00

0,98 93% 7% 5,03

1,00 100% 0% 5,05

Cálculo de Cálculo de despêndio despêndio energéticoenergético

% CHO = 100 % CHO = 100 .. [(R-0,707)/(1,00-0,707)] [(R-0,707)/(1,00-0,707)] % Gordura = 100 % Gordura = 100 .. [(1-R)/(1,000-0,707)] [(1-R)/(1,000-0,707)] Kcal/l O2 = 4,686 Kcal/l O2 = 4,686 .. % gordura/100 + 5,047 % gordura/100 + 5,047 .. % CHO/100 % CHO/100

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0,7 0,8 0,9 1

%CHO

% Gordura

Equivalente metabólico: EM ou Equivalente metabólico: EM ou METMET

Em repouso:Em repouso:

– 1 MET = 3,5 ml 1 MET = 3,5 ml OO22/ kg/min./ kg/min.

Dispêndio/h = MET x Dispêndio/h = MET x Peso corporal em kgPeso corporal em kg

– Ex: Caminhada a Ex: Caminhada a 4 km/h, 70 kg4 km/h, 70 kg

– DE=3 x 70 = 210 DE=3 x 70 = 210 Kcal/hKcal/h

Ocupacionais

Escrever

Digitar

Tocar instrumento musical

Assentar tijolos

Carpintaria

Escavar

Recreacionais

Dirigir automóvel

Equitação, caminhada

Volei recreacional

Dança de salão

Basquetebol

Handebol, frescobol

Condicionamento

Caminhada 4 km/h

Exercícios calistênicos

Trabalho doméstico

Costurar

Varrer

Esfregar, em pé

Lavar roupas pequenas

Limpar janela

Cuidados pessoais

Repouso

Trocar de roupa

Tomar banho

Descer escada

1,5

2,0

2,5

3,5

5,5

7,5

2,0

2,5

3,0

4,5

9,0

10,0

3,0

4,5

1,0

1,5

2,5

2,5

3,0

1,0

2,0

3,5

4,5


Energia Química


Externo Útil

Calor


Eficiência mecânicaEficiência mecânica

Eficiência Mecânica = Eficiência Mecânica = Trabalho útil/ Energia Trabalho útil/ Energia

utilizadautilizada

Ex:Ex:

– Natação 2.9 a 9.4 %Natação 2.9 a 9.4 %

– Ciclismo: 24 a 34 % Ciclismo: 24 a 34 % 05

1015202530354045

Mar

cha

Hor

izon

tal

Mar

cha

Ver

tica

l

Nat

ação

Rem

o

Pat

inaç

ão

Cic

lism

o

Minimo Máximo

Exemplo de cálculo de Exemplo de cálculo de eficiênciaeficiência

Do exemplo da bicicletaDo exemplo da bicicleta

– P = 600 kpm/minP = 600 kpm/min

– VO2ss=1,5 l/minVO2ss=1,5 l/min

– Admitindo que 1 l O2 Admitindo que 1 l O2 produz 5 Kcal ou 21 KJproduz 5 Kcal ou 21 KJ

Dispêndio energético (DE)Dispêndio energético (DE)– DE = 1,5 l/min x 21 KJ/lDE = 1,5 l/min x 21 KJ/l

– DE =31,5 KJ/minDE =31,5 KJ/min

Potência mecânicaPotência mecânica– P=600 kpm/min x 10 m/sP=600 kpm/min x 10 m/s22 = =

6000 J/min=6 KJ/min6000 J/min=6 KJ/min

Eficiência (e)Eficiência (e)

– e =P/DEe =P/DE

– e =6/31,5=19,0 %e =6/31,5=19,0 %

Custo energético do exercício ou Economia de Custo energético do exercício ou Economia de CorridaCorrida

Custo energético relaciona Custo energético relaciona DE com medida de DE com medida de intensidade do exercíciointensidade do exercício

P.ex: P.ex:

– VOVO22/velocidade de /velocidade de

corridacorrida

– Kcal/wattKcal/watt

Exemplo:Exemplo:

– Do cicloergômetroDo cicloergômetro» VOVO22 = 1,5 l/min = 1,5 l/min

» P = 600 kpm/minP = 600 kpm/min

» CE = (1500 ml/min)/(600 CE = (1500 ml/min)/(600 kpm/min) = 2,5 kpm/min) = 2,5 mlOmlO22/kpm/kpm

• VO2 estado estável

•VO2 relativo – peso corporal ml.kg -1.min-1


Energia Química


Externo Útil

Calor


Alguns exemplos de custosAlguns exemplos de custos

CicloergômetroCicloergômetro

– VOVO22[mlO2/min]=12 mlO[mlO2/min]=12 mlO22/min/w x carga [watts]/min/w x carga [watts]

CaminhadaCaminhada– DE [kcal] = 0,5 kcal/kg/km x distância [km] x DE [kcal] = 0,5 kcal/kg/km x distância [km] x

peso [kg]peso [kg] CorridaCorrida

– DE [kcal] = 1,0 kcal/kg/km x distância [km] x DE [kcal] = 1,0 kcal/kg/km x distância [km] x peso [kg]peso [kg]

Algumas fórmulas comuns para Algumas fórmulas comuns para cálculo de dispêndio energéticocálculo de dispêndio energético

Caminhada na esteira (plano)Caminhada na esteira (plano)

– VOVO22 [ml/(kg.min] = 0,1 ml/(kg.min) x velocidade [m/min] [ml/(kg.min] = 0,1 ml/(kg.min) x velocidade [m/min]

+ 3,5 ml/(kg.min) {custo de repouso}+ 3,5 ml/(kg.min) {custo de repouso}» Este é o componente horizontalEste é o componente horizontal

Caminhada na esteira (inclinação)Caminhada na esteira (inclinação)

– VOVO22 [ml/(kg.min)] = 1,8 ml/(kg.min) x velocidade [m/min] [ml/(kg.min)] = 1,8 ml/(kg.min) x velocidade [m/min]

x inclinação [%]x inclinação [%]» Este é o componente verticalEste é o componente vertical

Caminhada:Caminhada:

– Dispêndio energético total = VODispêndio energético total = VO2horizontal2horizontal + VO + VO22 verticalvertical

Dispêndio energético na Dispêndio energético na bicicleta ergométricabicicleta ergométrica

VOVO22[ml/min] = 3,5 [ml/min] = 3,5

ml/(kg.min) x peso corporal ml/(kg.min) x peso corporal [kg] + 12 ml/(min.watt) x [kg] + 12 ml/(min.watt) x potência [watt]potência [watt]

Exemplo:Exemplo:

– Carga: 2 kpCarga: 2 kp

– Velocidade: 30 km/hVelocidade: 30 km/h

– Peso: 70 kgPeso: 70 kg

PotênciaPotência

– P = F . VP = F . V

– V=30km/h/3,6=8,33 m/sV=30km/h/3,6=8,33 m/s

– P = 2 kp x 10 m/sP = 2 kp x 10 m/s22 x 8,33 x 8,33 m/s = 167 wm/s = 167 w

VOVO22 = 3,5 ml/(kg.min) x 70 = 3,5 ml/(kg.min) x 70

kg + 12 ml/(min.watt) x 167 kg + 12 ml/(min.watt) x 167 ww

– VO2 = 2.249 ml/minVO2 = 2.249 ml/min

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Medidas de trabalho, potência e dispêndio energético no exercício