quinta-feira, 30 de outubro de 2008

DE VOLTA A NEWTON: OUTRA INTERPRETAÇÃO DA TEORIA DA SUSTENTAÇÃO

Embora cada nova teoria tem nos ajudado a compreender melhor a propulsão na natação, nenhuma delas é capaz de explicar todos os aspectos da propulsão aquática.
Ernest Maglisho acredita que a melhor explicação vem da teoria da força propulsiva da sustentação, porém não acha que o princípio de Bernoulli seja o principal mecanismo gerador da força de sustentação. Segundo o autor e pesquisador, a terceira lei d Newton provavelmente tem um papel muito mais importante.
Se o toda a força de propulsão viesse do princípio de Bernoulli, os nadadores não precisariam angular suas mãos para se movimentarem pela água, bastava utilizar a forma de fólio das mãos para produzir a ascensão e as forças resultantes. Entretanto, pesquisas e observações pessoais demonstram que os nadadores geram mais força propulsiva quando movimentam suas mãos por meio da água em certos e precisos ângulos de ataque (Hinrichs, 1986; Luedtke, 1986; Maglisho et al., 1986; Scheihaulf, 1978; Schleihauf et al., 1988).
Podemos testar a importância do ângulo de ataque em relação à forma colocando a mão para fora da janela de um carro em movimento. Se você angular a mão para baixo, da parte da frente para trás, sua mão será imediatamente impelida para cima. Contudo, você perceberá pouco efeito se sua mão permanecer perfeitamente na horizontal e espalmada, num ângulo de ataque igual a zero, não importando o quanto você a curve.
É certo que o rpincípio de Bernoulli tem sua importância para a propulsão, porém deve ser menor do que a ação da terceira lei de Newton, ou seja, o nadador tem que empurrar a água para trás, para que possa avançar para a frente.
A descoberta no final dos anos 70 que os nadadores dão braçadas em diagonal e não diretamente para trás deve ter sido o causador do abandono da Lei de Newton em favor do Princípio de Bernoulli, porém a interpretação da Lei foi muito limitada, acreditando que os nadadores deveriam empurrar a água diretamente para trás e, se esquecendo que eles poderiam acelerar a água com movimentos de braçadas em diagonal, mediante a orientação da mão e do braço de tal forma que o fluxo relativo da água fosse deslocado para trás.
A figura abaixo mostra como um nadador pode acelerar a água para trás com movimentos diagonais durante a parte intermediária do nado crawl.












Sua mão está se deslocando para trás e para dentro (como indica a seta fina). O fluxo relativo da água começa sob a mão na direção oposta - ou seja, para fora e para frente, como indica a primeira metade da seta sombreada ao se aproximar do lado interno (lado do polegar) da mão do nadador. Observe que sua mão está angulada (inclinada) de tal modo que o lado do polegar está ligeiramente mais elevado que o do dedo mínimo. Esse ângulo causa uma mudança na direção relativa do fluxo de água, quando o fluxo passa por baixo da mão do nadador na direção do lado do dedo mínimo. A água é deslocada para trás, como fica mostrado pela mudança de direção da seta sombreada, em sua passagem por baixo da palma do nadador. A força retrógrada aplicada à água deve (de acordo com a terceira lei dos movimentos de Newton) produzir uma contra-força de igua magnitude, que impelirá para a frente o corpo do nadador.



O princípio de Bernoulli também pode estar operando na figura, porém a diferença de pressão entra as partes acima (-) e abaixo (+) da mão e as forças de sustentação e resultante estão, provavelmente, mais direcionadas ao ângulo de ataque e ao resultante deslocamento retrógrado da água que esse ângulo produz do que com a aceleração do fluxo da água sobre os nós dos dedos.



A descrição acima é semelhante ao modo como trabalham as hélices. Apesar de estarem se deslocando na lateral, as lâminas das hélices cortam a água pelo seu bordo de ataque e a faz se deslocar para trás, saindo pelos bordos de fuga, acelerando a água e impelindo o barco para a frente.



Maglisho acredita que os nadadores usam suas mãos e seus braços como lâminas de uma hélice giratória. Suas mãos tomas o formato de hélices todas as vezes que existe troca de direção durante a fase submersa da braçada.



A figura abaixo mostra uma nadadora usando suas mãos e braços como lâminas de uma hélice giratória.




Conforme já foi anteriormente mencionado, uma das razões porque os nadadores mudam periodicamente as direções de seus braços e suas mãos durante toda a fase submersa da braçada é para "fugir" da água que já foi acelerada e acha água "nova", mais tranquila para contrapressionar. Outra razão pela qual o movimento propulsivo não pode continuar indefinidamente em qualquer direção específica é que a fricção finalmente terminará provocando o desaparecimento da camada limítrofe de água em torno dos braços e das mãos. Isso provocará turbulência e uma redução da força propulsiva.



Até mais.

2 comentários:

cake disse...

Prezado Rogério,

na realidade Bernoulli não é nada mais nada menos que um desdobramento das chamadas "leis" fundamentais da natureza ou de Newton, como também todas as outras da Mecânica (de Fluídos) em particular. Por isso se diz que são - fundamentais. O que de maneira mais completa explicaria a mecânica da natação é a equação de Navier-Stoques que envolve já mais a questão de "camada limite" (daí provêm as novas vestimentas dos nadadores), a aerodinâmica (para evitar a turbulência, por exemplo), flutuabilidade, etc. Portanto meu prezado professor, dizer que a 3ª lei de Newton explica melhor que a equação de Bernoulli é uma falácia, pois a última é uma derivação (mais desenvolvida para determinadas situações ainda simples) daquelas "leis" de Newton, assim como a de Navier-Stoques é ainda um pouco mais geral que a de Bernoulli (pode explicar até cosmologia, climatologia, etc.), mas depende de muito cálculo (computacional, ainda bem) para reproduzir os fenômenos naturaias. Existe uma área que também poderia ser encontrado alguma informação sobre o tema na Física dos Esportes. É uma área muito promissora pois lida com tecnologia dos esportes (semelhante a que já se faz com o automolbilismo, só que ainda não tão competitiva e, como consequência, hermética)
Espero ter contribuído e estou a disposição para qualque dúvida.

Saudações do Carlos G. Kremer

Prof. Rogerio "Mixirica" Nocentini disse...

Sr. Carlos Kremer.
Realmente, após sua postagem e, relendo o que escrevi, percebi que o princípio de Bernoulli é uma sequencia da terceira lei de Newton. Muito obrigado por sua explicação. Agora, para elucidar mais o caso, o senhor poderia nos explicar sobre a lei de Navier-Stoques para que possamos engrandecer nossos conhecimentos, afinal este é o obetivo único deste blog.
Obrigado.
Prof. Rogerio "Mixirica" Nocentini