Como se mede a velocidade do saque de tenis?

No tenis, 2015 foi o ano do sérvio Novak Djokovic. Ele chegou a todas as finais dos quatro Grand Slams. Participou das decisões em todos os torneios que disputou e ganhou onze vezes. Venceu todos os seus principais rivais mais de uma vez. Fechou o ano com 82 vitórias em 88 jogos, com aproveitamento de 93,2%. Apenas quatro tenistas na história obtiveram melhor êxito: John McEnroe (96,5%, em 1984), Jimmy Connors (95,9%, em 1974), Roger Federer (mais de 94% em 2005 e 2006) e Bjorn Borg (93,3%, em 1979). (esporte.uol.com.br).

No jogo de tênis, assim como o de vôlei, o bom saque é arma fundamental para a vitória, quanto maior for a velocidade da bola na realização deste fundamento mais difícil será para o adversário rebatê-la.  Os tenistas de alto desempenho conseguem atingir velocidades entorno de 125km/h no saque!  Para medir velocidades tão altas assim em um intervalo de tempo tão pequeno é necessário o uso de tecnologia sofisticada, como é descrito em matéria abaixo.

Olho no canhão: Radares emitem freqüências de rádio para calcular a rapidez da bomba

(http://mundoestranho.abril.com.br)

1. Nos principais torneios de tênis, a velocidade de um saque é medida por um radar, que emite ondas em uma freqüência específica de rádio para calcular a rapidez do petardo só para dar uma idéia, na maioria dos modelos essa freqüência fica entre 10 gigahertz e 35 gigahertz. Quando o tenista dispara a bolinha, o radar lança essas ondas no ar

2. As ondas emitidas pelo radar batem em todos os objetos pelo caminho e voltam ao aparelho. Quando os objetos estão parados, a freqüência da onda de retorno é igual à freqüência inicial. Mas quando ela bate em alguma coisa em movimento como a bolinha a freqüência se modifica proporcionalmente à velocidade do objeto e volta com um valor muito maior

3. A etapa seguinte é a filtragem: como o radar recebe centenas de ondas de volta, ele precisa identificar qual delas bateu na bolinha e voltou. Geralmente, é a onda que tem a maior freqüência. A não ser que um objeto mais rápido que a bolinha atravesse a quadra bem na hora do saque, o que é bem difícil de acontecer

4. No passo final, um minicomputador dentro do radar compara a freqüência da onda inicial com a freqüência da onda refletida pela bolinha. Depois, converte essa relação em velocidade e mostra o resultado em um placar na quadra. Os cálculos são complicados: se uma pessoa tivesse de fazê-los, passaria um set inteiro para calcular a velocidade de um único saque.

A física dos esportes na Uerj Sem Muros 2015

O projeto Física dos Esportes participou da Semana Uerj Sem Muros 2015 com dois trabalhos. O primeiro mostrou alguns experimentos didáticos desenvolvidos com material de baixo custo para trabalhar em sala de aula ensinando alguns aspectos físicos do Surf e do esporte de inverno Luge. Este trabalho foi apresentado e desenvolvido pelos licenciandos de física Luiz Felipe e Vitor Hugo (imagem ao lado).  O segundo trabalho falou sobre o tenis de mesa e explicou através de resultados científicos como e o porque a bolinha perde energia ao colidir com a raquete.  Também apresentou experimento onde este fenômeno podia ser visto. Desta vez, foi o licenciando Antonio Henrique que se encarregou da apresentação (foto abaixo) .

Distancia final entre os corredores de curta e longa distancia

O primeiro ouro do atletismo de pista dos Jogos Pan-Americanos de Toronto foi do Brasil. Juliana Paula dos Santos cruzou a linha de chegada dos 5000m em primeiro lugar com o tempo de 15min45s97, quase dois segundos à frente da segunda colocada, a mexicana Brenda Flores (15min47s19). O bronze foi para a norte-americana Kelly Taylor, com a marca de 15min52s78.

Seria correto afirmar: Quanto maior a duração da prova desportiva, maior a diferença nas distancias relativas entre o primeiro, segundo e terceiro colocado? Em contrapartida, quanto menor a duração da prova, menor a diferença nos resultados entre o primeiro, segundo e terceiro colocado.

Utilizaremos como exemplo comparativo a corrida de 5.000m e a de 100m que ocorreram em Toronto no ano de 2015. Na prova dos 5.000m calculamos através da cinemática newtoniana a distância absoluta entre as três primeiras colocadas. Ao término da prova a mexicana ficou a 6m da brasileira e a americana a 30m da mexicana.  Considerando o tamanho total da prova (5000m) estes valores correspondem percentualmente a 0,12%, 0,60%, da distancia relativa, respectivamente.  Na prova dos 100m, o resultado foi o seguinte: a segunda colocada ficou a 36cm da campeã (0,36% da distancia relativa) e a terceira colocada a 18cm da atleta da segunda (0,18%).

Para fins de uma análise mais ampla, em busca de uma sistemática, fizemos os mesmos cálculos percentuais para as distancias 100m e 5000m das provas de corridas masculinas das Olimpíadas de Londres 2012 e Pequim 2008 e não verificamos uma relação direta entre a duração da prova e a diferença entre o resultado dos três primeiros colocados. 

Esta diferença é muito complexa, dependendo tanto de fatores corporais do atleta, quanto de fatores psicológicos do mesmo. Contudo, a partir dos exemplos e dados estudados podemos aferir que ao contrário do que intuitivamente pensamos, nas provas de curta distância, no caso 100m, os resultados tiveram uma diferença maior em média do que na prova de longa distância de 5.000m.  Portanto, é falso afirmarmos que quanto maior a duração de uma prova desportiva, maior a diferença nos resultados entre o primeiro, segundo e terceiro colocado. Na verdade, a grandeza relevante é a distancia relativa, e não a distancia absoluta.

Matéria postada por Vitor Hugo Senna, licenciando em Física na UERJ.

Tênis de mesa e o coeficiente de restituição

1. Nesse Pan-americano  2015,  vimos o Brasil dominar o tênis de mesa masculino conquistando ouro no jogo de  duplas, e nas disputas individuais ocupou o pódio nas três posições. Entretanto, o brilho maior ficou para Hugo Calderano, que quebrou o domínio dos chineses naturalizados que defendiam outras seleções, sendo o primeiro não chinês a ser campeão nesta modalidade em 20 anos de Pan.
2. A final entre Hugo Calderano e Gustavo Tsuboi foi bem acirrada no começo, até o ultimo set quando o brasileiro dominou seu compatriota por 11 a 2.  O campeão na maior parte do tempo adotou um estilo ofensivo, proporcionando “rachas” onde Gustavo se limitava a se defender. Para quem assistia ao jogo se perguntava: Como é possível o jogador defender cortadas incrivelmente rápidas sem lançar a bola para fora da mesa?
3. Em trabalho publicado por um pesquisador australiano, ele mostrou que o coeficiente de restituição, que é a razão entre a velocidade de aproximação e a velocidade de retorno da bola de tênis de mesa, é menor do que 1 (um); o que significa dizer que a velocidade de retorno é sempre menor do que a de aproximação.  
4. Outro aspecto que faz com que a velocidade de retorno da bola durante uma partida de tênis seja menor, é o fato da raquete oficial ser coberta em um dos lados por borracha, amortecendo assim, o impacto durante o choque.   Assim a bolinha nunca retornará com a mesma velocidade que se choca na raquete, isto só seria possível se o receptor desse um impulso na bola durante o impacto, compensando as perdas energéticas.
5. Foi por isso que nosso campeão tomou logo a dianteira do jogo e atacou para não ser atacado!

1. Matéria escrita por Antonio Henrique, aluno do Instituto de Física da UERJ.

Disputa acirrada em Toronto

Quando estamos tratando de uma competição de nível olímpico a diferença entre conquistar uma medalha ou não é muito pequena. Essa perspectiva ficou bem evidente nos atuais jogos Pan-Americanos de Toronto, quando a atleta brasileira Rosangela Santos terminou a prova de 100m sem saber se tinha conquistado a medalha de bronze. Ela praticamente chegou empatada com a atleta americana.

 Ao ver o resultado dos tempos no telão, a brasileira constatou que havia terminado a prova em quarto lugar com o tempo de 11,04s, enquanto em terceiro lugar estava Barbara Pierre com o tempo de 11,01s. Ou seja, apenas três centésimos de segundo a menos!

A partir dessas informações podemos calcular qual foi a distância que Rosangela ficou atrás da americana na linha de chegada.

Para tal, vamos utilizar o tempo que a americana levou para cruzar os 100m e multiplicar pela velocidade média da brasileira nesta prova. Obteremos então, a distância percorrida por Rosangela até o instante que Barbara cruzou a linha de chegada, exatos 99,75m. Portanto, por apenas 25cm o Brasil não levou para casa a medalha de bronze!  Como as velocidades das atletas foram altas a distancia entre elas se tornou imperceptível.

Por esse acontecimento no esporte de elite a diferença entre trazer ou não uma medalha para o país é sutil. A decisão é concretizada por centésimos de segundos, tanto que os próprios atletas muitas vezes esperam por resultados oficiais (sensores) para ratificar suas colocações nas provas.

Matéria postada por Vitor Hugo Senna, licenciando em Física na UERJ.

A sustentação no lançamento de dardos

O Brasil ganhou o bronze no lançamento de dardos feminino, a brasileira Jucilene de Lima liderava com 60.42m, mas acabou ultrapassada pela canadense Elizabeth Gleadle (62.83) e pela norte-americana Kara Winger (61.44) nos últimos lançamentos da prova.

O arremesso de dardos é um bom exemplo de esporte onde ficou notória a melhoria das marcas após a parceria com a ciência e tecnologia. Nos idos anos 50, após frustrados resultados, Bud Held conseguiu quebrar o recorde mundial com um dardo projetado pelo seu irmão engenheiro.

Quando o dardo encontra-se em vôo sofre interação com a força de arrasto, que se opõe a direção de deslocamento deste objeto.  Esta força depende da velocidade e da área frontal do dardo, como também, da densidade do ar. Quando o objeto tem uma forma não simétrica faz com que a velocidade do fluido (neste caso o ar) seja diferente na superior da inferior. Assim, Dick Held aumentou e achatou a superfície do dardo o que proporcionou maior sustentação em vôo.   Foi então, em 1955, que a IAAF criou regras que limitavam o tamanho do dardo, o que implicou na restrição do aumento da superfície.   Cujas justificativas ficavam por conta do espaço necessário para realização das competições e o perigo que trazia aos espectadores.

Embora ainda bem distante das marcas olímpicas, Jucilene está de parabéns e merece todo o incentivo e colaboração científica para fazer bonito na Olimpíada Rio 2016. 

Erros físicos dos comentaristas esportivos

O Brasil perdeu para França na fase final da Liga Mundial de Vôlei masculino de 2015, por 3 sets a 1 no ginásio do Maracanãzinho, no Rio de Janeiro (RJ). 

Contudo, o pior para quem assistiu esta derrota não foi propriamente ver nosso central Lucão perder diversos saques, ou quando o técnico brasileiro optava pela inversão 5 por 1,e entrava o levantador Willian (com o devido respeito a este atleta) e não forçava o saque favorecendo a recepção do time adversário. Do lado dos europeus, tudo funcionava, Le Raux chegava a altura de 3.65m a cada saque fazendo quebrar o nosso passe.  Mas, o pior mesmo foi ouvir os equívocos verbalizados por Luiz Roberto, que ao lado dos ex-craques de vôlei Giba e Tande comentavam o jogo pela rede Globo. 

Por inúmeras vezes, erros conceituais de física foram falados com tamanha naturalidade que cheguei a pensar numa nova mecânica, não mais newtoniana, mas numa mecânica de absurdos!

“Ele tirou o peso da bola!”, ele bradava cada vez que a bola do saque saia com baixa velocidade. Ora, se a força peso é proporcional a massa da bola multiplicada pela aceleração gravitacional, como que o atleta poderia variar esta grandeza no momento do saque? A gravidade depende da localização geográfica e a massa da bola é aferida no início da partida e tem valor padrão para tal esporte.  

Num outro momento ele lançou a seguinte pérola: “O toque na fita está mudando o peso da bola!”, aí ele estava se referindo ao uso da nova rede com leds, que segundo ele faz alterar o peso da bola quando esta bate na fita e não passa para o outro lado! Na verdade, a grandeza física a ser destacada é provavelmente a rigidez das tramas desta rede, que é maior devido ao novo material utilizado para proporcionar iluminação. De modo que, algumas jogadas que estávamos acostumados a ver a bola atravessar (por cima) a rede após um toque nela, agora são refletidas e retornam a quadra de quem a lançou.

Ao final da partida, cheguei a conclusão que o “peso” da derrota não ficou apenas nas quadras do Maracanãzinho, mas, principalmente nas aulas de física!

Medalha no Pan 2015 no Tiro com Arco

Na última sexta-feira (17), a equipe brasileira masculina de tiro com arco formada pelo trio Marcus Vinícius, Daniel Rezende Xavier e Bernardo Oliveira, venceu Cuba na disputa pela medalha de bronze nos Jogos Pan-americanos de Toronto 2015, por 5 a 3. O Brasil amargava um jejum de 32 anos nesta modalidade (a última medalha havia sido conquistada no Pan de Caracas, em 1983).

O tiro com arco é um esporte cuja prática vem crescendo no Brasil, mais especialmente em Maricá e Toledo, graças ao trabalho da Confederação Brasileira de Tiro com Arco (CBTARCO), muito embora ainda não goze de grande popularidade de público (a conquista nem chegou a ser televisionada). Os frutos do incentivo ao esporte começaram a surgir há algum tempo e recentemente um dos integrantes dessa equipe (Marcus Vinícius) chegou a ser prata no Campeonato Mundial com apenas 16 anos de idade.

A física está muito presente nessa modalidade, cujo exercício envolve conceitos diversos desde a escolha do equipamento, passando pelo lançamento e trajetória da flecha, até a chegada ao alvo. Dentre os principais conceitos presentes podemos citar a gravidade, o peso, a velocidade, a energia cinética e a energia potencial elástica.

A gravidade é a responsável pela força peso associada a massa tanto da flecha como do arco. Essa força atua através de um ponto específico do corpo estudado, a esse ponto chamamos centro de gravidade (CG). O arco posicionado na mão do arqueiro acaba virando uma extensão do seu corpo, e como é relativamente leve torna-se sujeito a trepidações no momento do disparo ou mesmo a variações na posição durante a mira. Em razão disso usa-se um conjunto de estabilizadores (hastes posicionadas frontal e/ou lateralmente ao arco) com a função de aumentar o peso do conjunto, deslocar o centro de gravidade para frente e assim aumentar a estabilidade do arco. A gravidade também é a responsável pela trajetória curvilínea da flecha, pois introduz uma velocidade com componente variável no eixo vertical do movimento. O atleta tem que saber compensar esse efeito para que atinja o alvo com sucesso.

A velocidade é outro fator importante nesse esporte. Uma flecha pode chegar a atingir 250km/h e os fatores que podem influenciar nessa variável vão desde a construção do arco e da flecha até o projeto aerodinâmico da última. Quanto ao arco, basicamente sua função é armazenar energia potencial elástica através da inclinação de suas extremidades e posteriormente transferi-la para a flecha na forma de energia cinética. Essa troca é feita na ordem de décimos de segundo. Numericamente falando, a energia envolvida não chega a 100J, mas a celeridade do processo acaba por definir uma alta potência.

Outro fenômeno que merece destaque recebe o nome do paradoxo do arqueiro e detalha o comportamento da flecha que avança até o ponto de chegada flexionando perpendicularmente em relação a direção da sua velocidade. É uma consequência da maleabilidade da flecha, da força aplicada primeiramente em sua parte traseira e da ponta de metal mais pesada provocando um aumento da inércia na parte frontal.  Esse evento só pode ser visualizado através de câmera lenta e na internet podemos encontrar diversos vídeos que auxiliam em sua visualização.

Não sabemos se os atletas têm ideia da complexidade física envolvida ao executar os movimentos mencionados, se realizam algum tipo de cálculo mental ou se tudo é resultado apenas de intuição. Mas, temos certeza de que a união dos conhecimentos físicos provenientes da ciência (através de um olhar mais técnico) com as habilidades esportivas dos praticantes podem contribuir para o aprimoramento e sucesso ainda maior da equipe brasileira de tiro com arco.

O trio brasileiro fez bonito e está de parabéns! Esperamos e acreditamos que isso seja o início do avanço desta prática esportiva no Brasil.  

Matéria escrita pelo licenciando em física Thiago Manfredi

Escalada em rocha: o que permite o atleta 'grudar' na pedra?

No domingo dia 8 de março, dia internacional da mulher, aconteceu no bairro da Urca a Invasão Feminina 2015. Este é um evento organizado pelo grupo “Mulheres na Montanha”, onde as participantes ocuparam as vias de escalada dos morros da Babilônia, Pão de Açúcar e também outras rochas na pista Cláudio Coutinho, nas modalidades de escalada esportiva e boulder .

      A escalada é uma atividade ligada ao montanhismo onde o atleta precisa de  disponibilidade corporal, força e um bom trabalho psicológico. A física envolvida nesse esporte pode ser desvendada através do reconhecimento de conceitos aplicados.

       A tecnologia por trás do solado das sapatilhas, por exemplo, permite o melhor desempenho nas escaladas em aderência, que são aquelas onde não há muitos relevos na rocha para se apoiar. O segredo disso? Atrito. Nessa história se sai melhor o  escalador que tiver maior massa, pois a força de atrito, ao contrário do que muitos pensam, não depende da área na superfície de contato.

         O atrito, para ser determinado, depende de duas grandezas: uma, que pode ser entendida como “o grau de rugosidade entre as superfícies de contato”, que se chama coeficiente de atrito, e outra que advêm da força de reação a força peso, chamada força normal. A multiplicação dessas grandezas gera um número que representa a força de atrito, cuja interpretação pode ser entendida como: qual a facilidade ou a dificuldade que um objeto começa a deslizar ou manter seu movimento. Sendo assim, quando mais pesado o escalador é, maior será sua força de atrito.

             Dessa forma, de nada adianta ter uma grande superfície de contato para otimizar seu estado estático. A única variação que o aumento da área de contato nos proporciona é a diminuição da pressão exercida sobre os pés, refletindo diretamente no conforto do movimento, mas isso já é assunto para uma próxima postagem.

Esta matéria foi escrita pela escaladora e professora de física Tatiana Arenaz.