.
Este estudo realizou uma investigação sobre as diferenças estatísticas entre variáveis biomecânicas e de desempenho no ciclismo, com foco em cadência, torque, velocidade tangencial e arco de movimento do joelho, considerando diferentes configurações de pedivela (160, 165, 170 mm), relações de marcha (56×14, 58×14, 60×14) e tamanhos de pneu (622×25, 622×26, 622×28 mm). Os dados foram obtidos por meio de simulação computacional, mantendo potência constante de 335,86 watts para sustentar a velocidade de 45 km/h em 27 combinações de configurações. Os resultados indicaram que a relação de marcha é o principal fator para cadência e torque, enquanto o comprimento do pedivela determina velocidade tangencial e arco de movimento. O tamanho do pneu mostrou impacto desprezível nas variáveis avaliadas. A conclusão principal é que a escolha da configuração da bicicleta deve equilibrar aspectos biomecânicos e eficiência aerodinâmica, especialmente relevante para triatletas.
Palavras-chave: Biomecânica do
ciclismo. Cadência. Torque. Pedivela. Relação de marcha. Análise estatística.
O ciclismo é
uma modalidade esportiva que combina componentes biomecânicos complexos,
fisiológicos e mecânicos, cuja otimização é fundamental para o desempenho
atlético [1] [2]. A compreensão das variáveis que influenciam o desempenho e a
biomecânica do ciclista é essencial para o treinamento eficaz, prevenção de
lesões e otimização da configuração da bicicleta [3] [4]. A potência produzida
pelo ciclista é resultado da interação entre força aplicada nos pedais e
velocidade de rotação, expressa pela equação fundamental: Potência = Torque ×
Velocidade Angular [1]. Esta relação inversa entre torque e cadência, mantida
uma potência constante, é um princípio biomecânico fundamental que influencia a
seleção de configurações de bicicleta [2].
O
comprimento do pedivela, a relação de marcha (razão entre coroa e pinhão) e as
características do pneu são parâmetros técnicos que influenciam
significativamente as variáveis de desempenho e biomecânicas [3] [4]. Porém, a
magnitude e a relevância estatística destas influências não estão completamente
esclarecidas na literatura, particularmente quando analisadas simultaneamente
em múltiplas combinações.
O arco de
movimento (ROM) do joelho é uma variável biomecânica crítica, associada tanto
ao desempenho quanto ao risco de lesão articular [5]. Estudos anteriores
sugerem que pedivelas mais curtos resultam em menor ROM do joelho,
potencialmente benéfico para ciclistas com problemas articulares ou para
otimização da posição aerodinâmica em triathlon [4] [5]. A velocidade
tangencial da ponta do pedivela é uma variável mecânica que reflete a
velocidade periférica da extremidade do pedivela, influenciada pelo comprimento
do pedivela e pela cadência de pedalada. Esta variável é relevante para
compreender a dinâmica mecânica do sistema de transmissão de força [1] [2].
O objetivo
deste estudo foi investigar as diferenças estatísticas entre cadência, torque,
velocidade tangencial e arco de movimento do joelho em função de diferentes
configurações de pedivela, relações de marcha e tamanhos de pneu, mantendo uma
velocidade constante de 45 km/h. A hipótese foi que a relação de marcha seria o
fator determinante para cadência e torque, enquanto o comprimento do pedivela
seria determinante para velocidade tangencial e arco de movimento, com impacto
negligenciável do tamanho do pneu.
Metodologia
Parâmetros de Entrada
O estudo foi conduzido através de simulação computacional,
utilizando as seguintes especificações:
Condições Fixas:
•
Velocidade alvo: 45 km/h (12,5 m/s)
•
Massa total: 75 kg (ciclista 65 kg + bicicleta 10 kg)
•
Coeficiente de arrasto aerodinâmico (CdA): 0,25 m²
(valor típico para posição aerodinâmica em triathlon)
•
Coeficiente de resistência ao rolamento (Crr): 0,004
(valor típico para pneu de estrada/triathlon)
•
Eficiência de transmissão: 98%
•
Densidade do ar: 1,225 kg/m³
•
Aceleração da gravidade: 9,81 m/s²
•
Terreno: plano (sem inclinação)
Variáveis Independentes:
•
Comprimento do pedivela: 160 mm, 165 mm, 170 mm
•
Relação de marcha (coroa × pinhão): 56×14, 58×14, 60×14
•
Tamanho do pneu (diâmetro efetivo): 622×25, 622×26,
622×28 mm
Cálculo da Potência Necessária
A potência necessária para manter 45 km/h foi calculada
utilizando a equação de resistência total [1]:
P = (F_aero + F_roll) × V
Onde:
•
F_aero = 0,5 × ρ × CdA × V² (força de arrasto
aerodinâmico)
•
F_roll = M × g × Crr (força de resistência ao
rolamento)
•
V = velocidade (m/s)
•
ρ = densidade do ar (kg/m³)
•
M = massa total (kg)
•
g = aceleração da gravidade (m/s²)
A potência calculada foi de 335,86
watts, mantida constante para todas as simulações.
Cálculo das Variáveis de Saída
Cadência (RPM): Calculada pela
equação:
Cadência (RPM) = [V / (Relação × π ×
D_efetivo)] × 60
Onde:
•
V = velocidade (m/s)
•
Relação = coroa/pinhão
•
D_efetivo = diâmetro efetivo da roda (m)
Torque (Nm): Calculado pela
relação fundamental:
- Torque = Potência / Velocidade
Angular
- Onde a velocidade angular foi derivada da cadência em
radianos por segundo.
- Velocidade Tangencial (m/s):
Calculada como:
V_tangencial = Velocidade Angular ×
Comprimento do Pedivela
ü Arco de Movimento (ROM): Estimado com base em estudos
biomecânicos, utilizando a relação linear entre comprimento do pedivela e ROM
do joelho, com redução estimada de 0,4 graus por milímetro de aumento no
comprimento do pedivela.
Análise Estatística
As
diferenças entre grupos foram analisadas através de estatística descritiva
(média, desvio padrão) e agrupamento por variáveis independentes. As variáveis
foram organizadas em tabelas de contingência para identificar os fatores
determinantes de cada variável de saída.
Resultados
Cadência e Torque
A análise revelou que a relação de marcha é o fator determinante para cadência e
torque. Os resultados são apresentados na Tabela 1.
|
|
|
|
|
|
56×14
|
25
|
88,81
|
36,85
|
|
56×14
|
28
|
88,03
|
37,18
|
|
58×14
|
25
|
85,75
|
38,16
|
|
58×14
|
28
|
84,99
|
38,51
|
|
60×14
|
25
|
82,89
|
39,48
|
|
60×14
|
28
|
82,16
|
39,83
|
A variação
de cadência entre a relação 56×14 (88,81 RPM) e 60×14 (82,16 RPM) foi de
aproximadamente 6,65 RPM, correspondendo a uma variação de torque de 2,98 Nm
(36,85 Nm para 39,83 Nm). Esta relação inversa é consistente com o princípio
fundamental de conservação de potência [1] [2]. O tamanho do pneu apresentou
impacto negligenciável, com variações inferiores a 1 RPM e 0,3 Nm entre os
tamanhos testados (622×25 versus 622×28).
Velocidade Tangencial
A análise
revelou que o comprimento do pedivela é o fator
determinante para velocidade tangencial. Os resultados são apresentados
na Tabela 2.
A velocidade
tangencial aumentou linearmente com o comprimento do pedivela, refletindo a
relação direta entre raio de rotação e velocidade periférica. A variação entre
pedivelas de 160 mm e 170 mm foi de 0,09 m/s, representando um aumento de
aproximadamente 6,3%. O desvio padrão dentro de cada grupo reflete a variação
de cadência associada às diferentes relações de marcha e tamanhos de pneu [2].
Arco de Movimento (ROM)
análise revelou que o comprimento
do pedivela é o fator determinante para arco de movimento do joelho. Os
resultados são apresentados na Tabela 3.
| | |
160 | 124,00 | 0,00 |
165 | 122,00 | 0,00 |
170 | 120,00 | 0,00 |
A redução de 10 mm no comprimento do pedivela (de 170 mm para 160 mm) resultou em um aumento de 4 graus no ROM do joelho. Esta relação inversa entre comprimento do pedivela e ROM é consistente com estudos biomecânicos anteriores [4] [5], que demonstram que pedivelas mais curtos aumentam a amplitude de movimento articular.
Impacto do Tamanho do Pneu
O tamanho do pneu apresentou
impacto estatisticamente negligenciável em todas as variáveis analisadas. A
variação máxima observada foi inferior a 1 RPM para cadência e 0,3 Nm para
torque, refletindo a pequena variação no diâmetro efetivo da roda (622×25 = 672
mm versus 622×28 = 678 mm, uma diferença de apenas 6 mm ou 0,9%).
Os
resultados deste estudo demonstram que as variáveis biomecânicas e de
desempenho no ciclismo são influenciadas de forma diferenciada pelos parâmetros
técnicos da bicicleta. A compreensão destas relações é fundamental para a
otimização da configuração e do treinamento [1] [3].
Cadência e Torque: Relação Inversa Determinada pela
Relação de Marcha
A relação
inversa entre cadência e torque, mantida uma potência constante, é um princípio
biomecânico bem estabelecido [1] [2]. Os resultados confirmam que a relação de
marcha é o fator determinante desta variação. A escolha entre uma relação menor
(56×14, cadência mais alta) ou maior (60×14, cadência mais baixa) representa um
trade-off entre aplicar mais força (torque) ou girar mais rápido (cadência)
para manter a mesma velocidade [2].
Para
ciclistas de triathlon, a cadência preferida tipicamente varia entre 85 e 90
RPM [3]. Os resultados indicam que a relação 58×14 (cadência média de 85,75
RPM) seria apropriada para este intervalo, enquanto 56×14 (88,81 RPM) seria
adequada para cadências mais altas e 60×14 (82,16 RPM) para cadências mais
baixas.
O impacto
negligenciável do tamanho do pneu na cadência e torque é esperado, pois a
variação no diâmetro efetivo é pequena (menos de 1%) comparada à variação na
relação de marcha (aproximadamente 7% de diferença entre 56×14 e 60×14).
Velocidade Tangencial: Determinada pelo Comprimento do
Pedivela
A velocidade
tangencial da ponta do pedivela é determinada pelo comprimento do pedivela e
pela cadência. Os resultados demonstram que o comprimento do pedivela é o fator
dominante, com uma relação linear clara [2]. A variação de 0,09 m/s entre
pedivelas de 160 mm e 170 mm é consistente com a relação matemática V = ω × r,
onde ω é a velocidade angular (cadência) e r é o raio (comprimento do
pedivela). Esta variável é relevante para compreender a dinâmica mecânica do
sistema de transmissão de força e pode ter implicações para o desempenho em
diferentes contextos (ex: sprint versus resistência) [2].
Arco de Movimento: Determinado pelo Comprimento do
Pedivela
O arco de
movimento do joelho é uma variável biomecânica crítica, associada tanto ao
desempenho quanto ao risco de lesão articular [4] [5]. Os resultados demonstram
uma relação inversa clara entre comprimento do pedivela e ROM, com redução de 4
graus ao aumentar o pedivela de 160 mm para 170 mm.
Esta
descoberta é consistente com estudos anteriores que demonstram que pedivelas
mais curtos reduzem o ROM do joelho [4] [5]. Para ciclistas com problemas
articulares no joelho, a seleção de pedivelas mais curtos (160 mm) pode ser
benéfica para reduzir o stress articular. Inversamente, para ciclistas sem
problemas articulares, pedivelas mais longos (170 mm) podem ser preferidos para
otimizar a aerodinâmica e a eficiência mecânica em triathlon [3].
Implicações Práticas para Seleção de Configuração
Os resultados indicam que a
seleção adequada de configuração de bicicleta deve considerar os seguintes
fatores:
Ø Relação de Marcha: Deve ser selecionada com base na
cadência preferida do ciclista. Para triathlon a 45 km/h, cadências de 85-90
RPM são típicas, sugerindo relação 58×14 como ponto de partida.
Ø Comprimento do Pedivela: Deve equilibrar a biomecânica
articular (ROM) com a aerodinâmica. Pedivelas de 165-170 mm são recomendados
para a maioria dos ciclistas de triathlon, com 160 mm considerado para
ciclistas com problemas no joelho.
Ø Tamanho do Pneu: Tem impacto negligenciável nas variáveis
analisadas. A seleção deve ser baseada em conforto, resistência ao rolamento e
condições de pista, não em cadência ou torque.
Limitações do Estudo
O presente estudo utilizou
simulação computacional com parâmetros estimados (CdA, Crr) baseados em valores
típicos da literatura. Estudos experimentais com medições diretas de potência,
torque e cinemática seriam necessários para validar completamente os
resultados. Além disso, o estudo não considerou variações individuais em
antropometria, força muscular ou padrão de pedalada, que podem influenciar as
relações observadas [1] [3].
Este estudo investigou as
diferenças estatísticas entre variáveis biomecânicas e de desempenho no
ciclismo em função de diferentes configurações de pedivela, relações de marcha
e tamanhos de pneu. Os resultados demonstraram que a relação
de marcha é o fator determinante para cadência e torque, com variações
de aproximadamente 6,65 RPM e 2,98 Nm entre as relações testadas. O comprimento do pedivela é o fator determinante para velocidade
tangencial e arco de movimento do joelho, com variações de 0,09
m/s e 4 graus, respectivamente. O tamanho do pneu
apresenta impacto negligenciável em todas as variáveis analisadas, com variações
inferiores a 1 RPM e 0,3 Nm. Estas descobertas têm implicações
práticas significativas para a seleção de configuração de bicicleta em
ciclismo, particularmente em triathlon, onde a otimização da biomecânica e da
aerodinâmica é crítica para o desempenho. A seleção adequada de relação de
marcha deve ser baseada na cadência preferida, enquanto a seleção do pedivela
deve equilibrar a biomecânica articular com a eficiência aerodinâmica. Estudos
futuros devem validar experimentalmente estes resultados e investigar as
interações entre estas variáveis e outras características individuais do
ciclista, como força muscular, padrão de pedalada e antropometria.
1. Diefenthaeler, F.; Bini, R. R.; Vaz, M. A. (2008).
Aspectos relacionados à fadiga durante o ciclismo: uma abordagem biomecânica. Revista Brasileira de Medicina do Esporte. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rbme/a/CDnLj5qxhMHzDhMftVXSXFt/?lang=pt&format=html
2. Di Alencar, T. A. M.; Matias, K. F. de Sousa (2010).
Cinesiologia e biomecânica do ciclismo: uma revisão. Revista
Movimenta, ISSN 1984. Disponível em: https://www.studiobikefit.com.br/wa_files/cinesiologia%20e%20biomecanica%20do%20ciclismo%20-%20uma%20revisao.pdf
3. Diefenthaeler, F.; Bini, R. R.; Vaz, M. A. (2012).
Análise da técnica de pedalada durante o ciclismo até a exaustão. Motriz, Rio Claro, v.18, n.3, p.476-486. Disponível em: https://www.scielo.br/j/motriz/a/8Fvd5vw5TtDk7xMt9Bttdnb/?format=pdf
4. Castronovo, A. M.; Conforto, S.; Schmid, M.; Bibbo,
D. (2013). How to assess
performance in cycling: the multivariate nature of influencing factors and
related indicators. Frontiers in Physiology. Disponível
em: https://www.frontiersin.org/journals/physiology/articles/10.3389/fphys.2013.00116/full
5. Paton, C. D.; Hopkins, W. G. (2001). Tests of cycling performance. Sports Medicine, 31(7). Disponível em: https://link.springer.com/article/10.2165/00007256-200131070-00004
6. Impellizzeri, F. M.; Marcora, S. M.; Rampinini, E.;
Mognoni, P.; Sassi, A. (2005). Correlations
between physiological variables and performance in high level cross country off
road cyclists. British Journal of Sports Medicine,
39(10), 747-751. Disponível em: https://bjsm.bmj.com/content/39/10/747.short
7. Swart, J.; Holliday, W. (2019). Cycling biomechanics optimization—the
(R)evolution of bicycle fitting. Current Sports Medicine
Reports, 18(12). Disponível em: https://journals.lww.com/acsm-csmr/fulltext/2019/12000/cycling_biomechanics_optimization_the__r_.13.aspx
8. Phillips, K. E.; Healy, L. C.; Greig, M. J. (2020). Determinants of Cycling
Performance: a Review of the Literature. PMC/NIH.
Disponível em: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7271082/
9. Turpin, N. A.; Guével, A.; Durand, S.; Hug, F. (2020). Cycling Biomechanics and
Its Relationship to Performance. Applied Sciences,
10(12), 4112. Disponível em: https://www.mdpi.com/2076-3417/10/12/4112
10. Li, J.; et al. (2025). Effects of crank length on cycling efficiency,
sprint performance and subjective fatigue. PMC/NIH.
Disponível em: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12060448/
