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Sexta-feira, Julho 1, 2022

A física de alta velocidade de como Bobsled, Luge e Skeleton enviam humanos a uma velocidade incrível

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Corrida de Luge Atleta Feminina

Atletas de bobsled, luge e esqueleto descem trilhas sinuosas e íngremes a velocidades acima de 130 km/h.

A velocidade por si só pode ser o fator que atrai muitos fãs de esportes para o eventos de bobsled, luge e esqueleto nos Jogos Olímpicos de Inverno de Pequim deste ano. Mas sob as emocionantes descidas da trilha sinuosa e coberta de gelo, uma infinidade de conceitos da física estão em jogo. É como os atletas reagem à física que, em última análise, determina as corridas mais rápidas do resto do grupo.

Eu estudo a física dos esportes. Grande parte da emoção de uma corrida de luge é fácil de perder – os movimentos dos atletas são muitas vezes pequenos demais para serem percebidos enquanto voam parecendo nada mais do que um borrão na sua televisão. Seria fácil supor que os competidores estão simplesmente caindo ou deslizando por uma pista ao sabor da gravidade. Mas esse pensamento apenas arranha a superfície de toda a física sutil que entra em uma performance vencedora da medalha de ouro.

Pista dos Jogos Olímpicos de Inverno de Pyeongchang 2018

Pistas para eventos de deslizamento – como a pista olímpica dos Jogos Olímpicos de Inverno de Pyeongchang 2018 – caem centenas de metros e apresentam muitas curvas fechadas. Crédito: Cultura Coreana e Serviço de Informação

Gravidade e energia

A gravidade é o que impulsiona os trenós pelas pistas cobertas de gelo em eventos de bobsled, luge e esqueleto. A física geral é simples – comece em alguma altura e depois caia para uma altura mais baixa, deixando a gravidade acelerar os atletas a velocidades aproximando-se de 90 km/h (145 km/h).

As corridas deste ano acontecem no Centro Nacional de Deslizamento de Yanqing. A pista tem cerca de uma milha de comprimento (1,6 km), cai 397 pés de elevação (121 metros) – com a seção mais íngreme sendo uma incrível inclinação de 18% – e compreende 16 curvas.

Os pilotos nos eventos de trenó atingem suas velocidades rápidas por causa da conversão de energia potencial gravitacional em energia cinética. A energia potencial gravitacional representa a energia armazenada e aumenta à medida que um objeto é elevado mais longe da superfície da Terra. A energia potencial é convertida em outra forma de energia quando o objeto começa a cair. A energia cinética é a energia do movimento. A razão pela qual uma bola de beisebol voadora quebrará o vidro se atingir uma janela é que a bola transfere sua energia cinética para o vidro. Tanto a energia potencial gravitacional quanto a energia cinética aumentam à medida que o peso aumenta, o que significa que há mais energia em uma equipe de bobsled de quatro pessoas do que em um luge ou esqueleto de uma pessoa para uma determinada velocidade.

Os pilotos estão lidando com muita energia cinética e forças fortes. Quando os atletas entram em uma curva a 80 mph (129 km/h), eles experimentam acelerações que podem atingir cinco vezes a aceleração gravitacional normal. Embora bobsled, luge e esqueleto possam parecer fáceis, na realidade são tudo menos isso.

Corrida de Luge Atleta Masculino

Os pilotos precisam ser o mais aerodinâmicos possível para minimizar o arrasto e ir mais rápido.

Aerodinâmica

A maioria das pistas tem cerca de uma milha (1,6 km), e os atletas percorrem essa distância em pouco menos de um minuto. Os tempos finais são calculados somando quatro corridas. A diferença entre a medalha de ouro e a medalha de prata no luge masculino nos Jogos Olímpicos de Inverno de 2018 foi apenas 0,026 segundos. Mesmo pequenos erros cometidos pelos melhores atletas do mundo podem custar uma medalha.

Todos os atletas começam na mesma altura e descem a mesma pista. Portanto, a diferença entre o ouro e um resultado decepcionante não vem da gravidade e da energia potencial, mas de um início rápido, sendo o mais aerodinâmico possível e seguindo o caminho mais curto na pista.

Enquanto a gravidade puxa os atletas e seus trenós para baixo, eles estão constantemente colidindo com partículas de ar que criam uma força chamada arraste do ar, que empurra os atletas e os trenós para trás em uma direção oposta à sua velocidade. Quanto mais aerodinâmico for um atleta ou equipe, maior será a velocidade.

Corrida de Bobsled

As equipes de bobsled devem se aconchegar atrás da ponta do trenó para evitar o ar que se aproxima.

Para minimizar o arrasto do ar, os praticantes de luge – que estão virados para cima – deitam-se o mais horizontalmente possível. Os cavaleiros esqueletos virados para baixo fazem o mesmo. Seja em uma equipe de dois ou quatro, os pilotos de bobsled ficam bem apertados dentro do trenó para reduzir a área disponível para o ar entrar. Quaisquer erros de posicionamento do corpo podem tornar os atletas menos aerodinâmicos e levar a pequenos aumentos no tempo que podem custar-lhes uma medalha. E esses erros são difíceis de corrigir nas altas acelerações e forças de uma corrida.

O caminho mais curto para baixo

Além de ser o mais aerodinâmico possível, a outra grande diferença entre uma corrida rápida e lenta é o caminho que os ciclistas percorrem. Se eles minimizarem o comprimento total de seus trenós e evitarem ziguezaguear pela pista, os pilotos cobrirão menos distância. Além de simplesmente não ter que ir tão longe para cruzar a linha de chegada, encurtar o caminho significa enfrentar menos arrasto do ar e perder menos velocidade pelo atrito com a pista.

Corrida Esportiva de Esqueleto

Os corredores de esqueleto não têm meios de controlar diretamente os corredores, então eles devem usar movimentos sutis do corpo para flexionar o trenó e iniciar as curvas.

Os fãs muitas vezes perdem as sutilezas envolvidas no giro e na direção. Os trenós para todos os eventos ficam lâminas de aço chamadas corredores. Bobsleds têm dois conjuntos de corredores que fazem contato com o gelo. O piloto da frente puxa anéis presos às polias que giram os corredores dianteiros. Os corredores em trenós de luge têm arcos curvos na frente, onde os pilotos colocam suas panturrilhas. Movendo a cabeça e os ombros ou flexionando as panturrilhas, os atletas podem virar o luge. Os pilotos de esqueletos não têm esses controles e devem flexione o trenó usando seus ombros e joelhos para iniciar uma curva. Mesmo um pequeno movimento da cabeça pode fazer com que o esqueleto se desvie do caminho ideal.

Todos esses movimentos sutis são difíceis de ver na televisão, mas as consequências podem ser grandes – a sobreviragem pode levar a colisões com a parede da pista ou até mesmo colisões. A direção inadequada pode levar a curvas ruins que custam tempo aos pilotos.

Embora possa parecer que os pilotos simplesmente deslizam pela pista de gelo em grandes velocidades depois de começarem, há muito mais acontecendo. Os espectadores terão que prestar muita atenção aos atletas nesses trenós em movimento rápido para detectar as facetas interessantes da física em ação.

Escrito por John Eric Goff, professor de física da Universidade de Lynchburg.

Este artigo foi publicado pela primeira vez em A conversa.A conversa





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