The aim of this research was to numerically clarify the effect of finger spreading and thumb abduction on the hydrodynamic force generated by the hand and forearm during swimming. A computational fluid dynamics (CFD) analysis of a realistic hand and forearm model obtained using a computer tomography scanner was conducted. A mean flow speed of 2 m∙s–1 was used to analyze the possible combinations of three finger positions (grouped, partially spread, totally spread), three thumb positions (adducted, partially abducted, totally abducted), three angles of attack (a = 0°, 45°, 90°), and four sweepback angles (y = 0°, 90°, 180°, 270°) to yield a total of 108 simulated situations. The values of the drag coefficient were observed to increase with the angle of attack for all sweepback angles and finger and thumb positions. For y = 0° and 180°, the model with the thumb adducted and with the little finger spread presented higher drag coefficient values for a = 45° and 90°. Lift coefficient values were observed to be very low at a = 0° and 90° for all of the sweepback angles and finger and thumb positions studied, although very similar values are obtained at a = 45°. For y = 0° and 180°, the effect of finger and thumb positions appears to be much most distinct, indicating that having the thumb slightly abducted and the fingers grouped is a preferable position at y = 180°, whereas at y = 0°, having the thumb adducted and fingers slightly spread yielded higher lift values. Results show that finger and thumb positioning in swimming is a determinant of the propulsive force produced during swimming; indeed, this force is dependent on the direction of the flow over the hand and forearm, which changes across the arm’s stroke.

Na actualidade, o progresso do rendimento desportivo ao mais alto nível só é susceptível de ser conseguido através de uma combinação (que diríamos necessariamente feliz) de um vasto conjunto de factores: é necessário desde logo um pouco de sorte (como em tudo na vida – mesmo que seja para cozinhar a sopa de pedra requerida), mas sobretudo um praticante talentoso e motivado, condições de treino adequadas, um envolvimento global propício, uma equipa directiva competente e motivada e uma equipa técnica pluridisciplinar devidamente habilitada e coordenada. No quadro das habilitações desta deve-se destacar a sua sensibilidade e vocação para a contínua avaliação do seu próprio desempenho e do desempenho do seu nadador, para a consideração, ponderação e experimentação de novas opções, para a inovação tecnológica e científica. Apesar de no universo desportivo a inércia científica (e tecnológica) ser ainda superior à verificada noutros domínios da sociedade contemporânea (às vezes por estrito exercício de um carácter “bota de elástico”), são já muitos (e de há muito) os exemplos frutuosos da sua incorporação no quotidiano, seja como background cultural apenas, seja como prática efectiva. No futuro serão cada vez mais; e serão cada vez menos os espaços para o “por acaso”, para o “surpreendente”, para a geração espontânea do campeão apesar de quem o treina. No futuro – e num futuro que se já vem fazendo presente – não haverá nadadores ou treinadores de sucesso que não apelem, mais ou menos exuberantemente, a auxiliares científicos e tecnológicos para o treino.

The purpose of the present paper is to synthesise a number of scientific contributions of our research group, into a coherent corpus of knowledge related to swimming biophysics, specially centred on the availability and use of energy in swimming. After an introductory part that intends to underline the relevance of this approach base on the conceptualization of the swimmer, and swimming action itself, as a thermodynamic system and its mechanical output, we will survey a number of studies and respective contributions for a more advanced understanding of swimming performance, that can be transferred into training and enhancement of swimmers’ working capacity. Most of the studies referred were conducted over samples of swimmers of both genders and of different types, from university/participative swimmers to Portuguese elite swimmers, crossing the large population of trained national level swimmers. Those swimmers were studied in the four different competitive swimming strokes, accomplishing progressive protocols based over distances of 200 m. Physiologic parameters like VO2 (and associated ventilatory and respiratory parameters), post exercise capillary blood [La-] peaks, and heart rate, were directly measured. Kinematical parameters were also measured in the different studies, ranging from simple semi-quantitative parameters, like stroke length (SL), and stroke frequency (SF), to more elaborated biomechanical data, like intracyclic speed fluctuations and propulsive segments kinematics. The focus of interest ranged from swimming economy of different strokes and genders (and of different technical alternatives of the same stroke), to the effects over energy cost of intracyclic speed fluctuations. Energetic input determinant factors, like swimming VO2 kinetics, including VO2 slow component, and VO2 time limit, and its determinants, will also be analysed.

Energy expenditure as a function of swimming velocity is one of the major topics of interest in swimming science. Understanding the mechanisms behind swimming performance and training need new scientific approaches, while most of the existing knowledge on the bioenergetics of the four swimming strokes has already a number of years. The purpose of this presentation is to synthesize the most recent contributions of our research group in the domain of the bioenergetic evaluation of the swimming strokes.

A Biomecânica constitui um dos domínios das Ciências do Desporto onde o desenvolvimento tecnológico se tem revelado mais exuberante, nomeada e especialmente a par dos desenvolvimentos operados na computação e nas novas tecnologias em geral. A natação, por seu lado, constitui a referência maior de entre as modalidades desportivas praticadas na água e, de entre estas, aquela onde, aparentemente, a investigação científica tem sido mais profusa - entenda-se a natação em sentido estrito (natação pura desportiva – NPD) ou em sentido mais lato, incluindo para além das modalidades desportivas praticadas no contexto da FINA, também a natação desportiva de salvamento aquático e outras actividades aquáticas mais ou menos formalizadas (eg. hidroginástica) praticadas num contexto mais limitado de exercício e saúde. A água, entretanto, constitui um óbice muito sério à obtenção de registos e medições objectivos e relevantes para o estudo do movimento humano, seja em contexto biomecânico ou outro. As dificuldades começam imediatamente na aquisição de sinal eléctrico e na respectiva transmissão num meio com uma capacidade condutiva e com uma impedância tão particulares, para se estender depois à generalidade do espectro dos meios de avaliação biomecânica, culminando com a obtenção de imagens de corpo-todo, comummente designadas por imagens de duplo-meio, atendendo a que o desenvolvimento da actividade acontece maioritariamente na interface entre o ar e a água. É talvez por esta especificidade e dificuldade acrescidas que entendemos ser da maior relevância dar conta dos progressos, e das respectivas dificuldades, associados à aquisição de dados em biomecânica da natação na nossa faculdade, bem assim como perspectivar o recurso a soluções de avaliação simulada, como é o caso do recurso a soluções de CFD – Computational Fluid Dynamics – em que vimos colaborando com a UTAD. Para além de alguns exemplos do recurso a soluções de simulação computacional, como é o caso do recurso ao CFD em hidrodinâmica propulsiva e resistiva (importância relativa da sustentação hidrodinâmica e do arrasto propulsivo na capacidade propulsiva do nadador; drafting e posição de deslize como factores de redução do arrasto), trataremos de explorar aplicações experimentais da dinamometria, da cinemetria e da electromiografia (EMG) ao estudo da natação. Para tal sobrevoaremos os nossos projectos mais recentes, nomeadamente: (i) determinação do arrasto passivo por dinâmica inversa em duas posições de deslize na técnica de bruços; (ii) determinação dinamométrica de parâmetros caracterizadores da onda produzida por nadadores de elite nas quatro técnicas de nado a diferentes velocidades; (iii) caracterização biomecânica de partidas de nado ventral e dorsal em natação; (iv) caracterização biomecânica de diferentes variantes da viragem de estilo livre; (v) fadiga, flutuações intracíclicas da velocidade de nado e custo energético; (vi) avaliação e aconselhamento do treino técnico e prescrição do exercício com base em velocimetria mecânica; (vii) caracterização EMG de duas variantes da recuperação do membro superior na técnica de crol e (viii) caracterização EMG de movimentos elementares de pólo-aquático (retropedalagem, salto e remate). Terminaremos com uma breve referência a uma “nova” antropometria biomecânica recorrendo a algumas revelações de última hora associados ao levantamento tridimensional da forma corporal de nadadores, para melhor entender as reais repercussões do recurso aos fatos de banho de última geração, como é exemplo eloquente e mediático o LZR® da Speedo.