The study of swimming propulsion using computational fluid dynamics - Marinho, Daniel Almeida (2009)
O objectivo principal da presente dissertação foi estudar o mecanismo propulsivo em natação, utilizando a Dinâmica Computacional de Fluidos (DCF) através de uma análise tridimensional da mão e antebraço do nadador. A metodologia de DCF baseia-se na simulação computacional do escoamento do fluido em torno de estruturas físicas. Esta metodologia pode ser considerada como uma forma interessante para ser utilizada na investigação em natação, tornando possível a simulação do escoamento da água em torno do nadador e, desta forma, analisar as forças propulsivas produzidas pelo nadador. A primeira parte desta dissertação foi dedicada à aplicação da DCF utilizando um modelo tridimensional do corpo do nadador. Após ter sido demonstrada a possibilidade de se analisar as forças propulsivas usando um modelo tridimensional de um segmento humano, foi possível melhorar as análises numéricas anteriormente efectuadas, incluindo um modelo mais real da mão e antebraço do nadador. Para além disso, a metodologia de DCF foi aplicada para tentar responder a algumas questões mais práticas de nadadores e treinadores, tais como a posição relativa dos dedos durante o trajecto motor em natação. As conclusões da presente dissertação foram as seguintes: (i) o coeficiente de arrasto foi o principal responsável pela produção de força pela mão e antebraço, apresentando o valor mais elevado com um ângulo de ataque de 90º; (ii) foi observada uma importante contribuição da força de sustentação para a produção de força pela mão e antebraço, com ângulos de ataque de 30º, 45º e 60º, especialmente quando o dedo mínimo actuava como bordo de ataque; (iii) o modelo da mão com o polegar em adução apresentou valores superiores no coeficiente de arrasto do que os modelos com o polegar em abdução. O modelo com o polegar totalmente em abdução permitiu aumentar o coeficiente de sustentação da mão, com ângulos de ataque de 0º e 45º; (iv) o modelo da mão com o polegar totalmente em abdução apresentou valores superiores no coeficiente de força resultante do que as posições com o polegar parcialmente em abdução e em adução, com ângulos de ataque de 0º e 45º. Com um ângulo de ataque de 90º, o modelo com o polegar em adução apresentou o valor do coeficiente de força resultante mais elevado; (v) o modelo da mão com uma pequena distância entre os dedos apresentou valores do coeficiente de arrasto mais elevados do que os modelos com os dedos juntos e com uma maior distância entre os dedos. Os valores do coeficiente de sustentação apresentaram pequenas diferenças entre os modelos com diferente espaçamento entre os dedos e; (vi) os resultados apresentados sugerem que, nas posições da mão nas quais a força de sustentação pode desempenhar um importante papel, a abdução do polegar pode ser benéfica, enquanto que, com ângulos de ataque mais elevados, nos quais a força de arrasto é dominante, a adução do polegar parece ser preferível. Adicionalmente, foi também sugerido que um pequeno afastamento dos dedos pode permitir à mão criar mais força durante o nado.