sábado, 10 de maio de 2025

A FÍSICA NO FUTEBOL AMERICANO NA PERCEPÇÃO DA DEFESA

 

Nesse ano aceitei o trabalho de ser coordenador defensivo do “Flamengo Imperadores”, que é a equipe de futebol americano do clube do Flamengo.  É um novo desafio em minha vida, mas a ciência física me ajuda a ajustar alguns pontos que precisamos melhorar para o campeonato brasileiro de futebol americano, que irei citar alguns deles nesse breve texto.

O futebol americano é um esporte que sintetiza princípios físicos complexos, desde a mecânica dos movimentos até a aerodinâmica da própria bola. A dinâmica do jogo é regida pelas leis de Newton: a inércia explica a resistência de um corredor a mudar sua trajetória, a segunda lei determina a força de um jogador em um tackle, dependente da massa e aceleração do jogador, e a terceira lei evidencia a reciprocidade das colisões, onde a força aplicada pelo jogador do ataque gera reação igual no defensor.

A conservação do momento linear é crucial nas colisões. Quando dois jogadores colidem em um tackle, o momento total (massa x velocidade) mantém-se, mas a transferência de energia pode resultar em lesões, destacando a importância do equipamento.   Capacetes absorvem impacto ao aumentar o tempo de colisão, enquanto os shoulderpads (as ombreiras) reduzem a pressão e absorvem o impacto, minimizando danos.

No lançamento do quarterback, a trajetória da bola é determinada pelo ângulo do braço e pela velocidade inicial do passe. Em um passe na lateral, a interceptação do safety (último jogador alinhado na defesa, sua posição inicial é no meio do campo) depende de dois fatores principais: a velocidade do recebedor avançando em linha reta e a capacidade do defensor de reagir e acelerar rapidamente para cobrir a distância necessária.

Enquanto a bola se desloca diagonalmente (na horizontal) em velocidade constante (mantendo uma progressão linear ao longo do tempo), o safety, precisa acelerar de forma contínua para alcançá-la.

A bola avança a uma distância que aumenta proporcionalmente ao tempo. Já o safety percorre uma distância que aumenta conforme o tempo passa. Para interceptar, ele precisa igualar essas duas distâncias no mesmo instante. Se a aceleração do safety for alta o suficiente, ele reduzirá o tempo necessário para alcançar a bola antes que ela chegue ao recebedor.

Quanto maior a explosão muscular do defensor, menor será o tempo requerido para cobrir a distância crítica. Essa dinâmica explica por que jogadores com alta potência de arranque são tão eficazes em interceptações: eles convertem força física em vantagem temporal, antecipando-se à trajetória previsível da bola. A interceptação, portanto, não é apenas um reflexo rápido, mas uma aplicação prática de como aceleração e movimento relativo ditam o sucesso na defesa.

A energia cinética envolvida e a conservação do momento angular durante o salto do safety também influenciam a estabilidade do corpo no ar, permitindo ajustes de orientação para controlar a bola. Assim, a interceptação é uma síntese de cinemática vetorial, dinâmica newtoniana e otimização energética, ilustrando como a física determina gestos técnicos e estratégias decisivas no esporte.

A mudança brusca de direção de um jogador de defesa está diretamente ligada ao controle do centro de massa. Para realizar um corte rápido, o atleta deve deslocar seu centro de massa para dentro da nova trajetória, gerando uma força centrípetaproporcional à velocidade e inversamente proporcional ao raio da curva. Quanto mais abrupta a mudança, menor o raio e maior a força necessária, exigindo alta aderência entre o calçado e o solo, conhecido como atrito estático. O torque também aparece ao inclinar o corpo, o jogador reduz o braço de alavanca, permitindo reorientar o centro de massa sem perder equilíbrio.

Em síntese, o futebol americano é um laboratório de física aplicada, onde conceitos como força, energia, momentum e aerodinâmica se entrelaçam, moldando estratégias e técnicas. Compreender tais princípios não apenas enriquece a apreciação do esporte, mas também ajuda a entender mais sobre esse esporte maravilhoso.

matéria postada por Andre de Lima, licenciando em Física da UERJ e novo coordenador defensivo do time de futebol americano do Flamengo.

 

quarta-feira, 19 de fevereiro de 2025

O que o avião e a bola de futebol americano tem em comum?

Quando se pensa em aerodinâmica é comum imaginar um avião cortando o céu. Porém, esse conceito também se aplica a objetos bem diferentes, como uma bola de futebol americano em vôo. Embora, à primeira vista esses dois itens pareçam não ter nada em comum, os princípios físicos que governam sua movimentação no ar são surpreendentemente semelhantes. Tanto um avião quanto uma bola de futebol americano interagem com a atmosfera de maneira que determinam seu desempenho no percurso.

A atmosfera, ou como falamos comumente, o ar pode ser entendidocomo um fluído de baixa densidade, de modo que, o Princípio de Bernoulli, pode ser aplicado neste contexto. Este princípio físico diz que os pontos de maiores velocidades do fluxo do fluido têm menores são espressões.  Sendo assim, a geometria dos objetos quando em vôo são fundamentais para descrição de sua trajetória.

Embora a forma do avião seja muito complexa, com asas, fuselagem e estabilizadores, o princípio básico de como o ar flui ao redor do objeto permanece o mesmo. As asas de um avião são projetadas sem simetria, o ar flui mais rápido sobre a parte superior do que a inferior, gerando, assim, uma diferença de pressão entre estas regiões, permitindoa sustentação do avião quando em vôo, veja a figura abaixo:

Fonte: Study.com, 2023

Tradução rápida: drag é força de arrasto, lift é sustentação, thrust é a força de empuxo e weight é peso. 

A forma da bola de futebol americano tem um formato oval e simétrico. Quando lançada sem rotação e na direção do eixo maior, não haverá sustentação ao longo da trajetória, pois não tem diferença de pressão entre a parte superior e a inferior. Viajará como um simples movimento lançamento de projétil.

Entretanto, se lançada com rotação, surgirá sustentação da mesma ao longo da trajetória. A rotação da bola altera a forma como o ar flui ao redor dela, criando uma diferença de pressão entre os seus lados, o que, por sua vez, causa uma trajetória curva no plano transversal a direção de lançamento. Esse fenômeno é complexo e ficou conhecido como “efeito Magnus”. 

Assim, tanto nos movimentos da bola com rotação como nas asas do avião, a diferença de pressão devido o fluxo da atmosfera resulta em uma força que irá sustentá-los quando em voo.




Fonte: NerdGirls.com, 2018

Tradução rápida: Direction é a direção do movimento e gravity é aforça da gravidade.

 

Entender as semelhanças entre a aerodinâmica de uma bola de futebol americano e a de um avião não apenas demonstra a universalidade dos princípios físicos, mas também revela como esses conceitos são usados de maneiras práticas no cotidiano. A mesma física que permite que aviões cruzem continentes também é a responsável por permitir que jogadores de futebol americano realizem passes com precisão.

Matéria escrita por André Lima (estudante de Física da UERJ)


quarta-feira, 11 de dezembro de 2024

Física da natação no ENEM 2024

 

No dia 11 de novembro de 2024, foi realizado o segundo dia da prova do ENEM (Exame Nacional do Ensino Médio) composto pelo conteúdo de Matemática e Ciências da Natureza, que reúne as disciplinas de Física, Biologia, Química.

Neste texto, iremos discutir sobre a questão 120 da prova, cujo o enunciado diz que para os circuitos de maratonas aquáticas realizadas em mares calmos e próximos à praia, monta-se um sistema de 4 boias que determina o trajeto a ser seguido pelos nadadores. Outras informações apresentadas no enunciado é que o circuito deve ser feito em sentido anti-horário e que a corrente marinha é paralela à praia em toda a área do circuito. Lembrando que a questão tinha uma imagem do circuito com os vetores velocidade da correnteza e do nadador. A questão pede para o candidato encontrar o tempo (em minutos) que o nadador completará a prova.



                                                                           Imagem: ENEM 2024

 

A questão é resolvida separando a resolução em quatro partes. Primeiro encontrar o vetor resultante da boia 1 até a 2, através de um triangulo retângulo, a base desse triangulo é o vetor resultante, ou seja, através do teorema de Pitágoras. Depois, encontrar o vetor resultante entre as boias 2 e 3, nessa etapa subtrai-se o vetor velocidade do nadador com o da correnteza. Nos trechos 3 até 4, novamente faremos o cálculo do vetor resultante em um triangulo retângulo. Para calcular o vetor resultante das boias 4 até a 1, basta somar os vetores correnteza e o do nadador.  Para encontrar o tempo total, divide-se a distância de cada trecho (1 até 2, 2 até o 3, 3 até o 4, 4 até o 1) pelo vetor resultante da velocidade de cada trecho. Para finalizar, soma-se todos os tempos obtidos e encontra-se o tempo final que é 65 minutos.

Dentro do esporte podemos observar diversos fenômenos físicos, com isso podemos ter ótimas opções para que o ensino e aprendizado de física. Outro fator interessante, é que essa temática traz uma proximidade do aluno com a realidade que ele vive, praticando ou assistindo, a um determinado esporte muito mais do que com o método tradicional, como por exemplo, utilizar de blocos como exemplo, sem demonstrar uma finalidade para o conteúdo proposto. Outro fator mencionado implicitamente na questão é o fator da biomecânica, que é um dos métodos de estudo de como os seres vivos adaptam-se às leis da mecânica quando movimentos voluntários são realizados.

 matéria postada por André Lima (aluno de licenciatura em Física da UERJ)

terça-feira, 9 de julho de 2024

O chute mais longo do Futebol americano no Brasil

 

O dia 14 de abril de 2024 era para ser mais um domingo normal de futebol americano no Brasil, principalmente, para aqueles que estavam na Arena Toca do Gato em Caraguatatuba, interior de São Paulo. O kicker (chutador) Emerson Martins, do “Corinthians Steamrollers” entrou para a história do FABR, como é conhecido o futebol americano jogado no Brasil.

Ele acertou um chute de 60 jardas contra o “Caraguá Ghosthip”, na 1ª divisão do campeonato paulista de futebol americano, obtendo a marca de chute mais longo em um jogo no Brasil. Considerando que 1 jarda equivale a 0,914 metros, a distância pela bola percorrida horizontalmente foi de 54,86 metros até atingir fieldgoal post (Y na endzone), convertendo 3 pontos para o Corinthians.  Este chute levou 3,5s; considerando que a velocidade média é a razão da distancia pelo tempo, a bola atingiu 15,67 m/s, que equivale 56,41 km/h.  

Embora, a FABR ainda seja uma liga amadora, este lance pode ser comparado com os dos jogadores profissionais da NFL (National football League-USA).

Matéria postada por André Lima, licenciando em Física da UERJ e comentarista e analista no Podcast "Collegecast". 

sexta-feira, 5 de julho de 2024

Física do Salto Ornamental

 

A talentosa atleta brasileira de salto ornamental, Ingrid Oliveira, carimba seu passaporte para os Jogos Olímpicos de Paris 2024! Reconhecida como uma das melhores da história do Brasil em sua modalidade, Ingrid coleciona conquistas impressionantes, como o 4º lugar no Campeonato Mundial de Esportes Aquáticos de 2022 e duas medalhas em cada uma das edições dos Jogos Pan-Americanos e Sul-Americanos.

O Salto Ornamental é um esporte individual que consiste em saltar de uma plataforma elevada, fixa ou não (trampolim), em direção a uma piscina, realizando uma série de movimentos acrobáticos e estéticos. Tais manobras são divididas em diferentes grupos de salto, pois são compostas de diferentes tipos de saída, posição do corpo, giros e etc. Uma posição do corpo comum é o salto grupado, na qual o corpo fica dobrado, com os joelhos encostados no peito e os braços envolvendo as pernas.

Observa-se que ao realizar esse movimento a velocidade de rotação do atleta se mantém ao longo da descida. Tal fato pode ser explicado por um importante princípio físico, o da conservação do momento angular, essa grandeza está relacionada à tendência que o corpo tem de iniciar e manter seu movimento de rotação (“inércia rotacional”).

O princípio da conservação do momento angular diz que o momento angular de um corpo é conservado se o torque resultante sobre o corpo é nulo. Quando Ingrid Oliveira salta do trampolim, desconsiderando a resistência do ar, a única força que age sobre ela é a força gravitacional em seu centro de gravidade, logo, o torque sobre ele é nulo. Com isso, podemos afirmar que o momento angular é conservado.

Ok, mas o que isso tem a ver com o fato de Ingrid rotacionar mais rápido? O momento angular é relacionado com duas outras grandezas físicas: a velocidade angular, quão rápido um objeto está girando em torno de um eixo, e o momento de inércia, que quantifica a dificuldade que um objeto tem de ser girado em torno de um eixo dependendo da distribuição de sua massa. Quando um atleta aproxima suas pernas e braços do seu centro de massa, ou seja, se “encolhe”, ele está diminuindo seu momento de inércia. Como o momento angular é conservado, seu valor permanece constante, ao diminuir o momento de inércia a velocidade angular aumenta.  Com isso, podemos apreciar não apenas as manobras complexas e a beleza dos saltos ornamentais, mas a Física também!

Matéria postada pela Professora de Física Thais Cristini de Souza Aragao, mestranda no programa de Mestrado Nacional Profissional de Ensino de Física no Polo 30. 


sexta-feira, 14 de junho de 2024

A extraordinária velocidade do saque da ponteira brasileira de vôlei.

 Segundo o Ranking da Federação Internacional de Voleibol, o Brasil se encontra em segundo lugar dentre as equipes dos países membros da FIVB, órgão regulador mundial do voleibol. As equipes são classificadas com base nos resultados dos jogos internacionais.

No vôlei, o Brasil é referência em saque e bloqueio. O técnico José Roberto Guimarães utiliza a estratégia de forçar o saque para "quebrar o passe" do time adversário, tirando-o da zona de conforto. Isso faz com que a bola não chegue perfeitamente à levantadora, que precisa se deslocar, dificultando a precisão do levantamento. Como resultado, facilita a “leitura do bloqueio”, que se posiciona corretamente para impedir o ataque adversário.

A ponteira Ana Cristina detém o saque mais rápido entre as mulheres, atingiu 118 km/h (aproximadamente 33m/s) no terceiro set da partida contra a Coreia do Sul. A marca anterior era da sérvia Tijana Boskovic, com um saque a 116 km/h contra a Eslovênia, no Campeonato Europeu.

Tal medição é possível ser feita por conta da Tecnologia utilizada para desenvolvimento das jogadoras. Atualmente é usado o radar doppler que é semelhante ao usado pela polícia para medir a velocidade dos carros, como também o sistema de análise de vídeo, onde câmeras capturam o movimento da bola, e, software especializados analisam o vídeo para calcular a velocidade.

A velocidade média do saque de vôlei é medida utilizando os princípios da Física. Primeiro, mede-se a distância percorrida pela bola do saque à linha de ataque adversária, em seguida, mede-se o tempo que a bola leva para percorrer essa distância com um cronômetro de alta precisão. Aplicando a razão da distância pelo tempo obtêm-se a velocidade, assim, se a bola percorre 9 metros em 0,30 segundos, a velocidade média será 30m/s. Considerando que o saque da Ponteira da Seleção Brasileira foi aproximadamente 33m/s, o tempo que a bola levou para percorrer a distância da quadra foi menor que 0,30s.

Referências

https://pt.wikipedia.org/wiki/Ranking_da_Federação_Internacional_de_Voleibol

https://www.uol.com.br/esporte/ultimas-noticias/2024/05/29/com-saque-mais-rapido-do-mundo-ana-cristina-cresce-na-selecao-de-volei.htm#:~:text=Potência,a%20Eslovênia%2C%20pelo%20Campeonato%20Europeu

Matéria escrita por Kamilla dos Santos de Souza, professora de Física e mestranda do MNPEF da Sociedade Brasileira de Física, Polo 30.

Descrevendo fisicamente os tubos das ondas da praia

 

As ondas consistentes e de alta qualidade de Saquarema garantiram um espetáculo a parte para os fãs do Surfe, ao acompanhar o tricampeão mundial brasileiro, Gabriel Medina, virar o jogo nos últimos minutos e conquistar o título do evento classificatório da WSL, numa segunda-feira de novembro de 2022.

Mas, afinal, o que são essas ondas...senão uma combinação complexa de fenômenos físicos que dão origem aos tubos espetaculares!

A onda é uma forma de se transportar energia por meio da vibração do meio (no caso de uma onda mecânica), no caso das ondas oceânicas, essa energia vem das correntes marítimas e dos ventos do alto mar, que causam uma perturbação nas águas e essa perturbação se propaga por meio da onda até a costa.

Como os tubos são formados? Para entendermos isso, precisamos revisar o conceito de refração. A refração é o fenômeno no qual as ondas mudam de velocidade de propagação, e no caso da onda do mar ocorrem devido a uma alteração na profundidade do solo oceânico.

A velocidade de propagação de uma onda longe da costa é maior do que a velocidade de propagação de uma onda próxima da praia! Desse modo, a velocidade de propagação de uma onda varia de maneira diretamente proporcional à profundidade do local em que ela se propaga. Portanto, como a profundidade diminui ao se aproximar da costa, a velocidade de propagação da água vai diminuindo também, ocasionando a diminuição da sua velocidade e o aumento da amplitude (altura entre a crista e a base da onda).

No entanto, a velocidade de propagação de uma onda não é a mesma em todos os pontos. À medida que a onda se aproxima da praia, a velocidade de propagação na lâmina superior da onda é maior do que na porção inferior da água, que desacelera devido ao declive da costa que vai freando as porções de água da base. Essa diferença entre as velocidades faz com que a crista da onda avance em relação à sua base, formando os tubos característicos que observamos nas praias.

Assim, nosso tricampeão, se utiliza deste fenômeno para fazer manobras e “tirar belos tubos” nas ondas do mar !

Referências

https://cref.if.ufrgs.br/?contact-pergunta=tubos-em-ondas

https://oglobo.globo.com/esportes/conheca-carioca-que-se-dedica-surfar-100-dias-de-tubos-por-ano-no-rio-de-janeiro-24597505

https://ge.globo.com/surfe/noticia/2022/11/07/gabriel-medina-e-campeao-do-challenger-em-saquarema.html-se-dedica-surfar-100-dias-de-tubos-por-ano-no-rio-de-janeiro-24597505

https://ge.globo.com/surfe/noticia/2022/11/07/gabriel-medina-e-campeao-do-challenger-em-saquarema.html

Matéria escrita por Matheus Marinelli (Professor de Física e mestrando no MNPEF da Sociedade Brasileira de Física, Polo 30)