Na Figura 1, a distância entre o tendão patelar e o centro de rotação do joelho vale 5cm e essa distância é perpendicular à direção da tíbia. A força exercida pelo quadríceps vale:

Análise da Questão de Biomecânica

A questão aborda o equilíbrio de forças e torques (momento de força) no sistema musculoesquelético, especificamente no movimento de extensão do joelho. Para resolver, devemos aplicar a Lei dos Torques.

Passo 1: Entender o Conceito de Torque

O torque ($\tau$ ou $M$) é a medida da tendência de uma força causar rotação em torno de um eixo. A fórmula geral é:
$$M = F \times d_{\perp}$$
Onde:

• $F$ é a magnitude da força.
• $d_{\perp}$ é o braço de alavanca (distância perpendicular do eixo à linha de ação da força).

Para que haja equilíbrio (movimento controlado ou isometria), o Torque Motor (gerado pelo músculo) deve ser igual ao Torque Resistente (gerado pela carga externa).
$$M{motor} = M{resistente}$$

Passo 2: Calcular o Torque Resistente ($M_{res}$)

Este é o momento gerado pela carga da máquina (500 N) tentando fechar o joelho.

• Força Resistente ($F_{res}$): 500 N
• Distância do eixo ($L$): 50 cm = 0,5 m
• Ângulo de aplicação: A figura mostra um ângulo de 30°. Isso indica que a força não age perpendicularmente à tíbia em todo o momento, ou que o braço de alavanca efetivo é reduzido.

Calculamos a componente da força que realmente gera rotação (componente perpendicular):
$$F{\perp} = F{res} \times \sin(30^\circ)$$
Sabendo que $\sin(30^\circ) = 0,5$:
$$F_{\perp} = 500 \text{ N} \times 0,5 = 250 \text{ N}$$

Agora, calculamos o torque:
$$M{res} = F{\perp} \times L$$
$$M_{res} = 250 \text{ N} \times 0,5 \text{ m} = 125 \text{ Nm}$$

(Nota: Se ignorássemos o ângulo, o torque seria $500 \times 0,5 = 250 \text{ Nm}$, o que levaria a uma resposta de 5000 N, inexistente nas opções. Portanto, o ângulo é essencial).

Passo 3: Calcular o Torque Motor ($M_{mot}$)

Este é o momento gerado pelo quadríceps.

• Braço de alavanca muscular ($d_{musculo}$): 5 cm = 0,05 m (o enunciado garante que esta distância é perpendicular, logo não precisa de trigonometria adicional para este braço).
• Força Muscular ($F_{musculo}$): Incógnita ($x$).

$$M{mot} = F{musculo} \times 0,05 \text{ m}$$

Passo 4: Igualar os Torques e Resolver

Como $M{motor} = M{resistente}$:

$$F_{musculo} \times 0,05 = 125$$
$$F_{musculo} = \frac{125}{0,05}$$
$$F_{musculo} = 2500 \text{ N}$$

A tabela abaixo resume os dados utilizados:

Alternativa B - 2500 N