Carga multidirecional e potência mecânica: medir o custo da mudança de direção

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Hannah Knowles e Codey Moran, Catapult Sports

Pontos principais:

• Captar a metade da procura que falta: as mudanças de direção representam cerca de metade de toda a procura de aceleração nos desportos de equipa, mas os indicadores tradicionais baseados na velocidade ignoram-na por completo. A «Carga Multidirecional» isola a aceleração linear, a desaceleração linear e a aceleração lateral para proporcionar uma visão completa do esforço mecânico.

• Um modelo biomecânico validado: o Trabalho Mecânico (kJ/kg) e a Potência Mecânica (W/kg) quantificam o custo físico do movimento através de um modelo de quatro componentes que tem em conta a mecânica horizontal, vertical, lateral e do balanço dos membros. Isto garante que a corrida rápida em linha reta e os exercícios intensos em grupos reduzidos sejam comparados numa escala precisa.

• Ajustes em tempo real e regresso ao jogo objetivo: disponíveis em tempo real no Vector S8 e após a sessão no Vector S7, sem necessidade de novo hardware, estas métricas permitem aos profissionais ajustar a intensidade dos exercícios durante uma sessão e acompanhar a evolução dos atletas lesionados em relação aos seus próprios perfis objetivos anteriores à lesão.

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A monitorização dos atletas tem-se baseado na posição, na velocidade e na aceleração linear. Estas medidas descrevem a rapidez com que um atleta se desloca na direção em que se encontra a avançar, e fazem-no bem. O que não captam é a mudança de direção, que nos desportos coletivos representa cerca de metade de toda a exigência de aceleração.

Essa lacuna tem consequências com as quais um profissional se depara todas as semanas. Dois exercícios apresentam resultados idênticos em termos de distância e corrida de alta velocidade, mas é evidente que não se trataram da mesma sessão. Um bloco de treino parece bem dosado em termos de volume, mas não se assemelha à competição. Um atleta cumpre todos os critérios de regresso à competição baseados na corrida, mas continua a não parecer estar bem nas curvas. Em cada um destes casos, a informação que importava nunca foi medida, pelo que a questão só podia ser resolvida a olho nu.

A Catapult está a lançar mais de 30 novos parâmetros para colmatar essa lacuna. A «Carga Multidirecional» distingue as duas ações que um corpo realiza com a aceleração: a alteração da velocidade e a alteração da direção. O «Trabalho Mecânico» e a «Potência Mecânica» descrevem o custo físico de ambas as ações. Em conjunto, mostram de onde veio a exigência, qual foi a sua intensidade e o esforço que o atleta teve de despender. Estão disponíveis em tempo real durante a sessão no Vector S8 e após a sessão no Vector S7, calculados a partir dos dados posicionais que os seus dispositivos já recolhem.

A seguir, explicamos como são calculados, como foram validados, o que revelam e como configurá-los.

Por que razão os indicadores baseados na velocidade não conseguem detetar uma curva

A aceleração, tal como é normalmente medida, corresponde à rapidez com que a velocidade de um atleta varia. A velocidade é um valor numérico sem direção, pelo que qualquer aceleração calculada a partir dela apenas indica se um atleta acelera ou abranda.

Mas, na física, a aceleração é qualquer alteração no movimento, o que inclui uma mudança de direção. Imagine um carro a percorrer uma rotunda a uma velocidade constante de 40 km/h. O velocímetro não se altera, mas todos os ocupantes sentem-se empurrados para o lado. Esse empurrão lateral é a aceleração, e é exatamente o que um valor baseado na velocidade não consegue captar

O mesmo se aplica aos atletas. Quem faz uma curva a uma velocidade constante apresenta um valor de zero. Quem trava ao iniciar uma curva regista a travagem, mas nada da curva em si.

Imaginemos um atleta a correr num círculo de 10 m a uma velocidade constante de 5 m/s. Uma métrica baseada na velocidade indica zero durante toda a volta. Na realidade, o atleta está a exercer força contra o solo para manter essa curva a 2,^{5 m/s²} durante todo o esforço, e nada disso é registado. Se combinarmos a curva com qualquer aceleração ou desaceleração, obtemos a aceleração total ou resultante.

Divisão da aceleração em dois canais: linear e lateral

Se somarmos a direção do movimento à velocidade, a aceleração divide-se naturalmente em duas partes.

A aceleração linear (tangencial) consiste no aumento ou na diminuição da velocidade ao longo da direção em que o atleta se desloca. É positiva durante a aceleração e negativa durante a travagem, e é a componente que os indicadores baseados na velocidade já captam.

A aceleração lateral (centrípeta) é a mudança de direção, a força lateral exercida na linha de percurso. É nula numa corrida em linha reta e é o aspeto que as métricas baseadas na velocidade não têm em conta.

Juntas, estas duas grandezas dão a aceleração total (resultante), ou seja, a intensidade com que o atleta está a acelerar em qualquer momento, independentemente da direção em que se esteja a mover.

Numa curva percorrida a velocidade constante, não há aceleração linear. As setas laranja representam a aceleração lateral: a força que provoca a mudança de direção, que os indicadores baseados na velocidade não têm em conta.

O mesmo circuito multidirecional de 45 segundos apresentado de três formas diferentes. A aceleração linear (à esquerda) destaca os pontos em que o atleta acelera e abranda, a aceleração lateral (ao centro) os pontos em que muda de direção e a resultante (à direita) combina as duas. As cores assinalam valores superiores a 2 m·s⁻².

Basta comparar o painel da esquerda com o do meio para que a conclusão se torne evidente. Os dois canais revelam aspetos quase totalmente diferentes do mesmo circuito e tudo o que o painel do meio mostra é o esforço que o atleta desenvolveu e que nenhuma métrica existente registou.

Há dois fatores que determinam a aceleração lateral produzida por uma curva: a velocidade a que o atleta se desloca e o raio da curva. A velocidade tem um impacto maior: se a duplicarmos, a exigência lateral quadruplica, enquanto que, se reduzirmos o raio da curva para metade, essa exigência apenas duplica.

Aceleração lateral, m/s². Um traço indica uma curva demasiado apertada para ser mantida a essa velocidade.

Esta é uma ferramenta de prescrição. Uma vez que a aceleração lateral aumenta com o quadrado da velocidade e diminui à medida que a curva se alarga, um profissional que pretenda aumentar a exigência em termos de mudança de direção dispõe de duas alavancas com consequências bastante diferentes. Aumentar a densidade da grelha eleva a exigência de cada curva, mas mantém as velocidades de corrida baixas. Alargá-la e aumentar a velocidade de entrada eleva a exigência lateral, ao mesmo tempo que preserva a exposição a velocidades elevadas. Trata-se de sessões diferentes com custos diferentes e, até agora, não existia nenhuma métrica que permitisse determinar qual delas tinha sido efetivamente realizada.

O que indica a «Carga Multidirecional» e como se relaciona com a «Carga de Aceleração»

A integração da aceleração ao longo do tempo resulta numa carga expressa em unidades arbitrárias, na mesma escala que a métrica «Carga de Aceleração» já em uso. Atualmente, a «Carga de Aceleração» corresponde a um valor absoluto que combina a aceleração e a travagem. A «Carga Multidirecional» vai mais além: trata-se de um único número que capta a aceleração, a desaceleração e a mudança de direção, podendo depois ser desagregado em cada um desses componentes.

É importante esclarecer o impacto que isto tem num valor que já utiliza. Os componentes lineares, em conjunto, estão em consonância com a sua «Carga de Aceleração» existente. Nada mudou na forma como a aceleração e a travagem são medidas. Estas foram separadas em custos distintos e foi adicionado um terceiro componente a par delas.

A forma como os canais se dividem depende quase inteiramente do que o atleta está a fazer:

Os extremos são intuitivos. Uma corrida de 20 m é quase totalmente linear, enquanto uma corrida em círculo é quase totalmente lateral. A parte útil é tudo o que se encontra entre esses dois extremos, porque é disso que as sessões de treino são realmente compostas e a combinação de movimentos numa corrida em curva ou num ziguezague não é algo que se possa estimar de forma fiável a olho nu. Em quatro desportos coletivos, a carga lateral representa entre 42 e 53 por cento da Carga Multidirecional Total durante os jogos.

Da carga ao trabalho: o custo físico e o modelo biomecânico subjacente

A carga multidirecional em unidades arbitrárias descreve a direção e a distribuição da exigência de aceleração. O trabalho mecânico descreve a sua magnitude física, em quilojoules por quilograma de massa corporal (kJ/kg).

O Trabalho Mecânico da Catapult deriva de um modelo biomecânico de quatro componentes, desenvolvido a partir de investigação sujeita a revisão por pares (Gray et al., 2018, 2023). O modelo tem em conta quatro exigências mecânicas distintas e combina-as num único valor de Trabalho Mecânico:

• Horizontal: acelerar e abrandar ao longo da direção de marcha
• Vertical: o salto de cada passada, elevando e baixando o corpo
• Membros: balançar os braços e as pernas a cada passo
• Lateral: mudança de direção: o trabalho de um lado para o outro

Uma vez que o modelo tem em conta separadamente a travagem e as curvas, capta duas exigências que as abordagens baseadas num único valor combinam. A velocidade e a aceleração do dispositivo foram validadas em comparação com a captura de movimento Vicon num estudo publicado (Ellens et al., 2025). Os canais de aceleração linear e lateral foram, desde então, verificados com base no mesmo critério, devendo os resultados completos ser publicados num próximo documento técnico.

A inclusão dos membros é o que distingue um modelo biomecânico de um simples produto da aceleração e da velocidade. O balanço dos braços e das pernas é um trabalho que não se reflete na aceleração de todo o corpo, mas que representa uma parte substancial do total a velocidades de corrida (Minetti, 1998). Um modelo sem um termo relativo aos membros não tem como ter isso em conta. Isto é importante para a interpretação e não apenas para a precisão. Sem um termo relativo aos membros, a corrida rápida em linha reta é subestimada, pelo que uma sessão de corrida a alta velocidade pode parecer mais leve, quando comparada com um jogo em equipas reduzidas, do que realmente é. É precisamente essa a comparação que estes números são utilizados para fazer. 

Expresso como uma taxa, o mesmo cálculo fornece a potência mecânica em watts por quilograma (W/kg). O conjunto de valores apresentados abrange desde o trabalho mecânico total (kJ/kg) e o trabalho mecânico por minuto (kJ/kg/min) até à potência mecânica média e máxima (W/kg), estando a potência instantânea por amostra disponível após a sessão.

Carga multidirecional ao longo de um jogo completo

As novas métricas de Carga Multidirecional e Potência Mecânica vêm juntar-se às métricas já existentes, como a distância e a corrida de alta velocidade, pelo que podem ser adicionadas aos relatórios atuais de jogos e treinos, em vez de os substituírem.

Numa partida completa, essa mesma decomposição fornece um perfil direcional por atleta. No caso do avançado apresentado, a Carga Multidirecional Total de 5 708 AU divide-se em 1 312 AU de aceleração linear, 1 254 AU de desaceleração linear e 3 142 AU de carga lateral, repartida em 1 507 para a esquerda e 1 635 para a direita. Mais de metade da exigência de aceleração deste atleta situou-se num intervalo que nenhuma métrica de distância ou velocidade regista.

A potência mecânica é apresentada em faixas de intensidade configuráveis, para que os profissionais possam definir limiares adequados ao seu desporto e ao seu grupo de atletas e, em seguida, acompanhar a distância e o tempo acumulados em cada uma delas. Na sessão apresentada, 59 por cento do tempo situa-se abaixo dos 2,5 W/kg e 5 por cento acima dos 12,5 W/kg. É essa distribuição que permite confirmar se um exercício atinge a intensidade pretendida e distinguir uma redução na intensidade de uma redução no volume.

Ao vivo no Vector S8: mudar a abordagem em vez de a rever

Em todos os outros sistemas, estes são valores que o profissional consulta só depois de a sessão ter terminado, o que já é demasiado tarde para alterar o exercício que os gerou. Com o Vector S8, estes valores aparecem no ecrã enquanto o exercício decorre. O profissional pode ver o pico num minuto e os componentes de carga a acumularem-se em tempo real.

A aplicação prática consiste numa verificação da intensidade em função do tempo restante para agir. Se a potência mecânica não tiver atingido o intervalo pretendido na terceira repetição, o exercício não irá cumprir o objetivo para o qual foi prescrito, podendo ser prolongado ou interrompido antes de se dedicar o resto da sessão a esse exercício. O mesmo se aplica a uma etapa de regresso à competição, em que a carga lateral acumulada de cada lado indica se um atleta está a cumprir a exposição prescrita, enquanto a etapa ainda pode ser confirmada ou mantida.

O que muda é o momento, e não o conteúdo. Um número pós-sessão determina a sessão seguinte. Um número em tempo real altera a repetição seguinte.

Quatro formas como os profissionais irão utilizá-lo

Conceber exercícios com base nas exigências de movimento da competição. Um jogo apresenta um padrão de carga, ou seja, a forma como a carga multidirecional se distribui entre a aceleração, a travagem e as mudanças de direção. A semana de treino também apresenta um padrão semelhante. Ao comparar estes dois padrões, por equipa, posição ou atleta, a questão da especificidade passa a ser uma comparação, em vez de uma opinião.

Quantificar a exposição à mudança de direção. A mesma comparação aplica-se ao nível dos exercícios. Consideremos dois exercícios com a mesma duração e distância, um em espaço aberto e outro num espaço restrito. Em termos de distância e velocidade, podem parecer idênticos. A carga lateral, a carga lateral elevada e o trabalho mecânico permitem distingui-los, e os tempos parciais dos exercícios mostram em que momento da sessão se concentra a exigência.

Verificar se um bloco de treino está a dar resultados. A distância percorrida e a corrida a alta velocidade podem manter-se estáveis de semana para semana, enquanto a Carga Lateral e a Carga Lateral Elevada aumentam. Trata-se da exposição a mudanças de direção, desenvolvida com base numa base de corrida estável, algo que os indicadores baseados na velocidade não conseguiriam captar de todo. Isto mostra se um bloco está a proporcionar a progressão prevista.

Retorno progressivo à competição com base em parâmetros objetivos. O retorno à competição passa normalmente da corrida em linha reta para mudanças de direção graduais e, posteriormente, para cenários semelhantes aos de jogo. Cada etapa tem sido normalmente avaliada com base no plano de progressão e na qualidade do movimento, a olho nu. A «Carga Lateral» mostra o nível de exposição a mudanças de direção que um atleta está a suportar em cada etapa, a «Carga Lateral Elevada» indica a proporção de curvas fechadas e a «Potência Mecânica» reflete o esforço que está a ser despendido durante a execução. Comparando com o perfil do próprio atleta antes da lesão, o atleta progride em termos de métricas, e não apenas em termos de tempo.

Onde as métricas aparecem: dispositivos, plataformas e disponibilidade

Todas as métricas são calculadas a partir dos dados de monitorização que os dispositivos já recolhem, pelo que não é necessário qualquer hardware novo nem qualquer alteração à configuração dos dispositivos ou ao fluxo de trabalho.

Vector S8 (nível Pro): em tempo real durante a sessão, no OpenField Console e no Vector Live, bem como após a sessão.

Vector S7 (nível Pro): após a sessão, no OpenField , na Console e na Cloud.

Configurar faixas de potência

A Potência Mecânica é apresentada em até oito faixas configuráveis, divididas em dois conjuntos. O conjunto absoluto utiliza limiares fixos idênticos para todos os atletas, o que mantém a escala constante em toda a equipa e é adequado para a comparação de exercícios e a análise de perfis por posição, a par da descrição das exigências de jogo. O conjunto relativo aplica limiares expressos como uma proporção do máximo de cada atleta, o que se adequa ao regresso à competição e à prescrição individual. Tal como acontece com a velocidade máxima, o « OpenField » notifica os utilizadores quando um atleta regista um novo valor máximo de potência mecânica, e o perfil pode ser atualizado a partir da notificação para que as faixas relativas se mantenham atualizadas. Cada faixa apresenta a duração e a distância, tanto em valores brutos como em percentagem.

O que o modelo pressupõe e o que não abrange

O trabalho mecânico e a potência mecânica são apresentados por quilograma de massa corporal, o que permite comparar diretamente atletas de diferentes estaturas. Os valores absolutos são apresentados em paralelo para responder a questões sobre a potência total, em vez da potência necessária em relação à estatura.

Trata-se de medidas externas, calculadas com base na forma como o atleta se desloca no solo. Não têm em conta colisões ou contactos, não distinguem entre tipos de ação muscular e não descrevem o custo fisiológico interno de uma sessão.

Resumo sobre a carga multidirecional e a potência mecânica

A «Carga Multidirecional» indica a quantidade de aceleração exigida numa sessão e a sua origem — aceleração, travagem ou mudança de direção. O «Trabalho Mecânico» indica o esforço físico que isso exigiu ao atleta. A «Potência Mecânica» indica a intensidade com que o atleta estava a esforçar-se em cada momento.

O que transforma as três situações apresentadas no início deste artigo em perguntas com respostas. Os dois exercícios que apresentaram resultados idênticos em termos de distância são diferenciados pela carga lateral e pelo trabalho mecânico, e as análises dos exercícios revelam em que momento da sessão se verificou a diferença. O bloco que parecia bem dosado em termos de volume pode ser comparado com a assinatura de carga própria do jogo, posição a posição, em vez de ser comparado com uma opinião. O atleta que cumpre todos os critérios de corrida, mas não parece estar bem nas viragens, pode agora ser avaliado com base no parâmetro que importa: a carga lateral, comparando-se lado a lado com o seu perfil anterior à lesão.

A mudança de direção sempre foi metade do que se exige num desporto de equipa. Agora, é metade do que se avalia.

Referências

Minetti AE. (1998). Uma equação-modelo para a previsão do trabalho mecânico interno da locomoção terrestre. J Biomech 31(5):463-468.

Ellens S, Moran C, Varley MC. (2025). Validade concorrente e fiabilidade entre dispositivos do dispositivo GNSS « Catapult Vector S8». PLoS One 20(10):e0333792.

Gray AJ, Shorter K, Cummins C, Murphy A, Waldron M. (2018). Modelização da energia gasta no movimento através de dispositivos de sistema de posicionamento global em desportos de equipa de contacto: limitações e soluções. Sports Med 48:1357-1368.

Gray A, Andrews M, Waldron M, Jenkins D. (2023). Um modelo para o cálculo das exigências mecânicas da corrida em terreno firme. Sports Biomech 22(10):1256-1277.