Penalti do CR e a propagação da onda

Em fevereiro deste ano, Cristiano Ronaldo, do Real Madri, surpreendeu a todos com um lance inusitado ao cobrar um penalti contra o time PSG.

Posicionada a bola sobre o gramado, está desloca-se visivelmente na direção vertical (para cima) mesmo antes dele encostar nela. Como torcedor não deixa por menos, apelidaram de "penalti espírita", "bola com vida própria", entre outros.

A reportagem da TV Interativa do Rio de Janeiro, me contactou para que eu explicar o que de fato aconteceu ali. Claro, que do ponto de vista científico, e desmitificar esta jogada.

Após analisar as imagens e o vídeo entendi o que ocorreu. Cristiano Ronaldo vem correndo pisa forte com o pé de apoio no gramado, exercendo grande pressão neste ponto. (Esta pressão foi feita pela força muscular da perna dele no solo dividida pela área da sola do seu pé). Produzindo, assim uma onda mecânica elástica que propagou-se no solo, e ao passar na região que a bola estava transferiu parte de sua energia para ela subir um pouco.

Observe que uma onda é um ente físico e carrega energia sem necessária mente deslocar o material do solo.  Mas, por que somente neste jogo foi aconteceu isso? Por que nas outras tantas cobranças de penalti não aconteceu?

A resposta é simples, as ondas muitas vezes são atenuadas rapidamente, enquanto outras percorrem distancias grandes. Quanto mais compactado o solo maior será a velocidade de fase da onda*, enquanto que em solos massivos, a onda é rapidamente atenuada.  Por exemplo, no futebol de areia este efeito não deve ocorrer, mas, muito provavelmente, num campo com piso sintético este efeito deve ser amplificado.

O ideal seria fazer um estudo do gramado e seus constituintes onde ocorreu esta partida e o grau de rigidez do mesmo.

Cristiano chutou a bola ainda no alto convertendo num gol com efeito inesperado.  Muito show!

*A velocidade de fase desta onda é calculada matematicamente: a raiz quadrada da razão do módulo de Young divida pela densidade de massa. 

A despedida de Bolt das pistas de atletismo

A despedida das pistas por Usain Bolt foi marcada por um roteiro que jamais alguém iria prever. O velocista jamaicano, aos 30 anos, em boa forma física, resolve encerrar sua brilhante carreira no Mundial de Londres 2017.

Ganhou o apelido de “Raio” em função das inúmeras vitórias conquistadas. Foram 9 ouros em Olimpíadas e 11 ouros em Mundiais, de 2009 a 2016.

Difícil relatar o frenesi que Bolt produzia no público ao entrar nas pistas! Irreverente, descontraído e altamente confiante! Proporcionou a visibilidade de seu país, a Jamaica, por onde competia. Em todas as provas que participou, lá estava ele, no mais alto degrau, sempre a frente dos outros competidores. Tudo acontecia em breves instantes, detentor dos recordes mundiais dos 100m, 200m e 4x100m, com exíguos 9.58s, 19.19s e 36.84s. Marcas até hoje imbatíveis!

O único atleta que poderia destronar Bolt neste Mundial seria o americano Colleman, já que detinha as melhores marcas de 2017. Mas, poucos apostavam nisso! Nas baterias eliminatórias dos 100m rasos, eles foram uns dos poucos atletas que obtiveram tempos abaixo de 10s, ambos correndo com vento a favor (0,4m/s), Bolt obteve 9,98s, enquanto Colleman 9,97s.

Tudo parecia se encaminhar para o desfecho conhecido, saída lenta devido sua grande massa corporal distribuídos em 1.95m altura, e recuperação nos últimos 60m da corrida. Entretanto, és que surge um personagem inesperado, seu antigo rival, Justin Gatlin, americano que foi severamente banido das competições por quatro anos por dopping.

Carta fora do baralho, este ex campeão Mundial de 2005, cultivava o sonho de vencer o Raio, e magicamente conseguiu na última oportunidade. Venceu com apenas um centésimo de segundo a frente de Colleman e três de Bolt. Pela primeira vez, vimos Bolt perder a liderança, entretanto, sua nobreza deu lugar ao perdão e redenção de Gatlin (9,92s), vistos em sua fala ao pé do ouvido do atleta.

Novas apostas surgiram para prova de 4x100m dias depois. A Jamaica não era o time favorito, mas com Bolt sendo o último homem a fechar a corrida, as chances aumentavam muito. 

Ele entrou diferente, sem sua costumeira alegria contagiante, e o inacreditável aconteceu, após uns trinta metros da sua corrida, o gigante caiu na pista, como nunca havia acontecido, com lesão na perna esquerda, e saiu socorrido pelos companheiros. O Raio mostra sua humanidade, encerra assim seu reinado, e entra para história do atletismo como uma Lenda.

Encerro esta postagem com certa melancolia, porque após estudar por várias vezes suas marcas e aplicá-las ao modelo de Keller, percebo que a relação entre a Física e as corridas não será tão motivadora! Minha homenagem a este gigante vai no slogan que criei para o meu projeto Física dos Esportes:

       Keller previu (1973). Bolt provou (2009)

Resistência do ar e vento no lançamento de disco

Na Olimpíada do Rio de Janeiro em 2016, os atletas que venceram a prova de Lançamento de Disco foram o alemão Harting, com a marca de 68,37m, e a croáta Sandra Porkovic cujo disco alcançou 69,21m. Foram marcas pouco expressivas quando comparadas com os recordes olímpicos.

O interessante desta modalidade é que as mulheres sempre tiveram melhores resultados do que os homens; e algumas marcas atuais serem tão inferiores aos recordes. Aspectos peculiares de acontecerem em outros esportes! Mas, a física explica o porque.

Segundo as regras deste esporte, o disco masculino deve pesar 2kg, ter diâmetro entre 21,9 a 22,1cm e espessura de 44 a 46cm. Enquanto o disco feminino deve pesar 1kg, diâmetro entre 18 a 18,2cm e espessura de entre 37 a 39cm.

O atleta gira uma vez e meia sobre seu eixo longitudinal e lança o disco com braço estendido em direção frontal. A velocidade de rotação atingida pelo atleta, o ângulo do braço com relação ao eixo horizontal e o ângulo de partida do disco feito pela mão com relação ao braço irão definir o bom lançamento. 

Entretanto, o que é mais relevante segundo os resultados apresentados, é o efeito da força de resistência do ar sobre o disco. Esta força, chamada de arrasto, é diretamente proporcional a área frontal do objeto que se desloca no ar. Portanto, como o disco feminino é menos espesso e menor do que o disco masculino, este sofrerá menor força de arrasto, aumentando o tempo de voo.

Outra questão fundamental neste esporte é o vento. Embora a confederação de Atletismo não faça aferição da direção e nem tão pouco sua intensidade no momento do lançamento do disco, este é de fundamental importância para o resultado. 

Destaco que vento é diferente de resistência do ar. A resistência do ar está sempre presente, mesmo que não haja vento. Neste esporte, surpreendentemente, o vento na direção contrária ao deslocamento do disco, ajuda-o a permanecer mais tempo em voo, porque aumenta a força aerodinâmica de sustentação que atua no disco. Por sua vez, quando o vento é a favor, irá prejudicar o alcance do disco! Portanto, o atleta terá melhor resultado se no momento da prova tiver vento contra com grande intensidade.

Em muitas modalidades do atletismo a intensidade do vento e sua direção são aferidos para efetivação de recordes. Não entendo como no Lançamento de disco isto não acontece, especialmente, por ser uma modalidade que participa das Olimpíadas desde a Antiguidade.

Goleiro adiantado: gol garantido

O golaço do Scarpa,

jogador do Fluminense, no jogo contra o Globo-RN, foi impressionante!

Ao perceber o goleiro adiantado Scarpa chutou antes do meio campo para marcar o quarto gol do seu time nesta partida.  A bola percorreu a distancia de 59m em 3s, e entrou no ângulo esquerdo do gol adversário; atingiu a velocidade média de 70.8km/h. O goleiro ao perceber o perigo do chute, correu de volta ao gol, mas não conseguiu segurar a bola.

Os goleiros não são bons corredores porque sua posição exige pouco desta habilidade, e inclusive, na maioria das vezes deslocam-se de ré. Supondo que a velocidade média de qualquer goleiro seja 16km/h, quando posicionados ao final da grande área demorariam cerca de 3.6s para percorrer os 16m e retornar a linha do gol.

Se o tempo de reação humana é entorno de 0.2s, ou seja, é o tempo que leva o indivíduo a dar uma resposta motora devido a uma informação visual. Portanto, o tempo total que o goleiro gastaria para

retornar ao seu lugar, estando adiantado, e fazer a defesa é estimado num total de 3.8s.

Deste modo, fica claro a impossibilidade de defesa do gol do Scarpa, já que, o tempo de retorno do goleiro foi maior do que o tempo de vôo da bola.

Então por quê não acontecem vários gols como este? A excepcionalidade está na destreza do jogador em conseguir fazer tal lançamento certeiro.

Quando o parâmetro é a frequência de Grasse ganha do Bolt

O maior velocista de todos os tempos, Usain Bolt, na Olimpíada do Rio 2016, saiu invicto nas três provas de corrida que participou. Fez os 100m em 9s81, o segundo lugar ficou Justin Gatlin (9s89), e em terceiro, o novato Andre De Grasse (9s91). Nos 200m rasos, Bolt mais uma vez nos brindou com uma corrida incrível, conquistando o primeiro lugar com o tempo de 19s78, seguido pelo canadense De Grasse (20s02) e o francês Christophe Lemaitre (20s12).

Nesta segunda prova, embora todos os demais corredores tenham ficado com tempos abaixo de 20s, exceto Bolt, o que mais me chamou a atenção foi o desempenho do canadense. De Grasse um rapaz de apenas 1,76m de altura e 70kg, correu de igual para igual ao lado dos altos e musculosos velocistas.

Ao descrever a biomecânica da corrida, observamos que dois parâmetros físicos são relevantes para um bom desempenho: o comprimento (L) das pernas do atleta e a frequência (f) das passadas. Portanto, para entender o desempenho do canadense vamos usar o resultado da teoria de O. Helene que calcula a velocidade média (v) dos corredores ou marchadores em função dessas grandezas e do ângulo de abertura (teta) das pernas para dar passadas.

V=4fLsen (teta/2)

Assim, quando ao comparar Bolt que tem 1,95m de altura com De Grasse na corrida dos 200m, (supondo que o comprimento das pernas é 0,485H, onde H é a altura), obtemos que a frequência das passadas de De Grasse foi f=5,15Hz, enquanto de Bolt foi f=4,67Hz. O que confirma a minha hipótese, que o baixinho teve que mover mais vez suas pernas para chegar apenas 0s14 atrás do melhor velocista do mundo.

Pheps e o empate triplo na Rio 2016

    
A despedida do maior nadador de todos os tempos não poderoa ser tão incomum , assim como foi sua história neste esporte. Detentor de nada menos que 28 medalhas olímpicas sendo 23 de ouro, o americano Pheps na Olimpíada do Rio após vencer cinco provas em diferentes estilos foi para final dos 100m borboleta, numa prova onde reuniu consagrados nadadores e o iniciante Schooling.

Ninguém esperava o que se sucedeu; com tempo de reação de apenas 61 centésimo de segundo, o asiático saiu na frente, deixando Phelps, o húngaro Cseh, e sul-africano Chad le Clos em seu encalço. Schooling garantiu a medalha de ouro com 50s39, enquanto os três veteranos, num triplo empate inédito, chegaram em segundo lugar com 51s14. Situação totalmente improvável, até mesmo para a empresa Omega responsável por toda parte de cronometragem das provas de todas as modalidades da olimpíada.

Equipado com sensores e serenes individuais, o novo bloco de largada da natação foi utilizado desde 2012 por esta empresa na Olimpíada de Londres. Outro quesito simples, mas que faz diferença é o apoio elevado para o pé de trás empurrar o bloco, resultando na impulsão do corpo do atleta para frente com maior velocidade de modo a diminuir até 0,2s o tempo de largada. Neste movimento esta presente a terceira lei de Newton, de ação e reação, o pé empurra o bloco que o empurra para frente. A Omega também desenvolveu as almofadas sensíveis a pressão que são colocadas nas paredes da piscina para os nadadores tocarem registrando seus tempos de chegada. Se o toque não for percebido pelo sistema, quatro câmeras de alta velocidade, que registram o momento da batida em até 100 frames por segundo, podem desvendar qual competidor chegou na frente.

Mas nem toda tecnologia foi capaz de desvendar qual dos três chegou em segundo lugar, o que abrilhantou mais ainda o espetáculo ao vê-los subir o degrau do pódio de mãos dadas em confraternização ao astro rei Pheps.

Transformação de energia no salto com vara: ouro olímpico

A Rio 2016 deixou histórias incríveis, inesperadas e surpreendentes.

A final do Salto com Vara, modalidade do atletismo, foi dígina de triller de cinema. Tiago Braz é o nome dele, brasileiro, um jovem de apenas 22 anos e na sua primeira Olimpíada, levou para casa a medalha de ouro, juntamente com o recorde olímpico nesta modalidade, após intensa disputa com o consagrado atleta francês Lavillenie, o qual havia sido sua fonte de inspiração.

Numa noite de muita chuva, resultando na diminuição do coeficiente de atrito da pista/calçado, com algumas interrupções das provas de atletismo que ali aconteciam, não impossibilitou o belo confronto que seguiu entre eles dois: Lavillenie liderava com a marca de 5,98m, enquanto Tiago havia superado os 5,93m, estabelecendo o recorde Sul americano e garantindo a medalha de prata, não satisfeito, pediu para levantar a haste para 6,03m. O francês foi obrigado a tentar superar esta altura e falhou duas vezes, Tiago também não conseguiu na primeira tentativa, foi quando o seu técnico o chamou e recomendou trocar a vara, quando em seguida ele fez um salto perfeito, espetacular, levando a plateia ao delírio.

Numa rápida análise física podemos descrever o salto com vara em termos de transformação de energia. Ao correr o atleta adquire energia cinética, ao encaçapar a vara no buraco, esta energia vai ser transformada em energia potencial elástica na medida que a vara é deformada, por algumas frações de segundos o atleta continua correndo e empurrando a vara formando um arco com ela.

Quando então, a força elástica da vara lança o atleta a altura máxima, de preferencia acima da haste, neste momento, a energia elástica é transformada em potencial gravitacional, e na medida que o atleta despenca em queda livre, esta é outra vez convertida em energia cinética, até o atleta encontrar o colchão quando, então, a energia é totalmente dissipada.

A escolha da vara certa é de fundamental importância para o sucesso do salto, a flexibilidade da vara e seu tamanho devem ser bem dimensionados em relação a força e altura do atleta, estas grandezas físicas ajudam no desempenho do atleta durante a execução do salto.

O mais surpreendente foi que Tiago nunca tinha alcançado esta marca antes, e nunca na história das Olimpíadas havia-se superado os 6m de altura! Segundo Lavillenie, a culpa foi dos torcedores brasileiros que o vaiaram e atrapalhou sua concentração!! Atitude de quem não tem o verdadeiro espírito olímpico.