Corrida: bloco de partida

Ainda falando de corrida de curta distancia, muitos avanços foram implementados, mesmo que empiricamente, segundo fundamentos da física newtoniana. Um bom exemplo é o caso da evolução do bloco de partida. 

Nos tempos remotos das olimpíadas da Grécia Antiga, os corredores da prova Stadium, como era chamada a prova de curta distancia, davam a largada em pé e não abaixados como hoje em dia.

A primeira vez que se tem registro de uma saída baixa foi em 1888, num campeonato regional, nos EUA. Aqui podemos fazer um parenteses para chamar a atenção para vantagem que a saída baixa tem sobre a alta. Nos poucos instantes iniciais, o atleta abaixado sofre menos força de arrasto, já que a área frontal do seu corpo está menor, encolhida. A força de arrasto é proveniente da resistencia do ar e se opõe ao deslocamento do corpo no meio, quanto maior a aŕea frontal do corpo maior ela será. 

Na primeira Olimpíada da Era Moderna, os corredores americanos utilizaram esta técnica e sairão abaixados na prova de 100m, e pela primeira vez, levaram a medalha de ouro com Thomas Burke.

A partir daí, todos os atletas, até mesmo de outros países, passaram a adotar a saída baixa, e começaram a fazer buracos na pista para apoiar as pontas dos pés.

Neste ponto que eu quero destacar a clara utilização da segunda lei de Newton, lei da ação e reação, pelos corredores: o pé empurra a parede do buraco para trás e a parede reage empurrando ele pra frente, e assim o corpo do atleta como um todo sai mais rapidamente do estado de inércia. 

Aqui, também está presente a primeira lei de Newton que constata que um corpo só sairá do seu estado de inercia se uma força atuar sobre ele. E neste caso foi a força de reaçao que a parede fez.

Como cada corredor tem sua perna de apoio e tamanho de passada diferente, as pistas começaram ficar muito danificadas, cheia de buracos, e logo apareceu um engrenagem feita de madeira para substitui-los, conhecida hoje como o bloco de partida.

Desde então, os blocos de partida passaram por várias modificações até chegar ao modelo atual, feito de aço leve, ajustável para cada atleta e munidos de sensores eletrônicos que são capazes de identificar se o atleta queimou a largada ou não.

Corridas: corredores nus

Hoje vou falar sobre alguns aspectos físicos que estão presentes nas provas de corrida.

Como todo mundo sabe, o objetivo de qualquer atleta de corrida é chegar primeiro que os demais competidores.

Este esporte é um dos mais antigos, é disputado desde a primeira olimpíada da Grécia Antiga, data mais ou menos 700 anos ac. Claro que, de lá pra cá muito coisa mudou e novas categorias e regras foram criadas para estas provas.

A corrida é uma das modalidades do atletismo, atualmente elas são dividades em corridas de curta e de longa distancia. As provas de curta distancia são chamadas de provas de velocidade, esse nome sugestivo vem do fato que nestas provas os atletas conseguem atingir velocidades bem altas em pouquíssimos segundos.

E é um episódio dessa história que eu quero contar, muito interessante e até bem divertido; e recheado de conceitos físicos.

No tempo da Grécia Antiga, os atletas que corriam a prova de velocidade, algo entorno de 200m de distancia, não usavam sapatos nem roupas para correr. Acreditem, eles corriam nus! Mas, tudo por conta de aumentar a velocidade.

Embora pareça estranho, correr nu, fazia todo sentido naquela época.

Eles perceberam que o peso adicional da roupa iria requerer mais vigor muscular e prejudicaria o desempenho. E não só isso, como também, perceberam que a roupa aumentava a força de arrasto.

A força de arrasto surge devido a presença da resistencia do ar, e sempre vai se opor ao deslocamento de qualquer corpo neste meio. Matematicamente a gente escreve a força de arrasto diretamente proporcional a densidade do meio, a área frontal do corpo, entre outros grandezas. Portanto, quanto maior a área frontral do corpo do atleta maior a dificuldade de correr neste meio.

Naquela época não haviam estas vestimentas esportivas como as atuais, feitas de tecidos de lycra ou dry fit que são leves, flexíveis e ficam justas a pele. Portanto, a única alternativa daqueles atletas era mesmo correr sem roupa e assim aumentar sua velocidade.

Parecer um certo exagero dos atletas, mas as provas de velocidades são disputadas em poucos segundos, e qualquer pequena diferença no tempo é suficiente para vencer prova.

Copa da Rússia = Copa dos Pênaltis

                                            França (4) x Croácia (2)

A Copa da Rússia ficou conhecida como a “Copa dos Pênaltis”!

Nunca tiveram tantos gols de pênaltis em copas como esta.

A média foi de: a cada 2 partidas, uma teve pênalti marcado. Das 64 partidas, foram marcados 29 pênaltis.

Basicamente este aumento aconteceu devido ao uso do “Árbitro de vídeo”.

O que é isso?

É um sistema tecnológico que permite filmar todo o jogo através de 33 câmeras instaladas em pontos estratégicos no campo. As imagens são enviadas para 3 árbitros que ficam analisando os lances duvidosos em uma sala restrita fora do gramado.

De algum modo, estes árbitros se comunicam com o árbitro de campo dizendo suas interpretações da jogada. O árbitro de campo pode aceitar ou não o parecer dos árbitros de video.

O fato é que este sistema que ficou conhecido como VAR, melhorou as possíveis controvérsias e tornou mais transparente as decisões do juiz. E sendo assim, aumentou o número de pênaltis!

O pênalti é marcado quando acontece uma falta dentro da grande área. Normalmente é um momento muito tenso para ambos os times e principalmente para o goleiro e o cobrador.

Por ser um lance tão importante e poder definir o resultado do jogo, algumas universidades do mundo tentaram entender seus mais diversos aspectos.

Aqui no Brasil, o Instituto de Ciências Biomédicas da USP, liderado pelo professor Ronald Ranvaud, também pesquisou este assunto.

Ele fez um trabalho experimental com jogadores e goleiros experientes. Ele dividiu a área transversal do gol(2.44m de altura por 7.35m de largura) em 24 retângulos e concluiu que existe uma posição ideal para o jogador chutar a bola e o goleiro não pegar.

Esta posição é exatamente a área dos retângulos próximos aos cantos superiores da baliza, tanto faz o do lado direito como o do esquerdo, mas para que isso ocorra a velocidade da bola tem que ser superior a 80km/h.

Fazendo uma continha rápida, considerando que a bola fica posicionada a 11m do goleiro, a gente encontra que a bola vai levar 0.53 segundos para atingir este local, ou seja, algo em torno de meio segundo. Tempo este bem inferior ao tempo gasto pelos goleiros quando tentam defender a bola nesta posição, que levam em torno de 1 segundo.

O Griezmann fez diferente, ele chutou rasteiro em um dos cantos do gol. Segundo as estatísticas, nos cantos próximos do chão os goleiros tem maior incidência de sucesso do que nas regiões superiores (dados de pesquisa da Universidade de Bath na Inglaterra). Mas ele teve frieza e esperou o goleiro cair primeiro para um lado e ele chutou no outro, marcando então, o segundo gol contra a Croácia na final da Copa do Mundo.

Árbitro de vídeo na Copa da Rússia

Pela primeira vez na história, a Fifa vai utilizar o árbitro de vídeo (AV) em uma Copa do Mundo. Serão 33 câmeras instaladas em cada um dos 12 estádios que receberão as partidas da competição. O Centro Internacional de Transmissão, por sua vez, ficará baseado em Moscou.

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Todo o material será acessado somente pelos auxiliares escalados para analisar as imagens. Oito câmeras gravarão em "superlenta", seis em "extralenta", enquanto outras duas serão exclusivas para lances de impedimento.

A Fifa fez questão de relembrar que o recurso do vídeo será utilizado apenas em erros na marcação ou não de gols, em decisões sobre pênaltis, problemas na identificação de jogadores e expulsões. O AV será usado como apoio, com a decisão final do lance sendo exclusivamente do árbitro. 

Serão três integrantes na equipe de auxílio, todos do primeiro escalão do quadro da Fifa. Haverá, ainda, quatro operadores de replay, mostrando os melhores ângulos das 33 câmeras.

"Os assistentes de vídeo examinarão as imagens gravadas e informarão ao árbitro sobre o que estão vendo na tela, mediante sistema de áudio. Ele tomará a decisão ou agirá adequadamente, após ver as imagens na lateral do campo, ou se baseando na informação que for comunicada pelos membros do AV", destacou a Fifa, em comunicado.

Matéria do jornal www.gauchazh.clicrbs.com.br

A física do gol de Pavard

Considerado como um dos gols mais bonitos da Copa do Mundo de futebol na Rússia, o lateral Pavard, jogador da França, deixou sua marca contra Argentina nas quartas de final.  A beleza da jogada não se restringe unicamente pela curva imposta a bola na sua trajetória até alcançar o ângulo superior direito do gol adversário. 

Tudo começa com um lindo movimento corporal lateral no momento que ele chuta a bola com o pé direito, estando fora da grande área. Ele atinge a bola, ainda no ar, com a parte externa do pé,  dando um forte "raspão" bem no meio da bola.  Isso possibilitou que a bola ganhasse um grande giro em sentido horário, ou melhor, uma grande velocidade angular, ao mesmo tempo que inicia-se o deslocamento translacional da bola .

Inicialmente, a bola em vôo, segue uma trajetória linear em direção frontal, mas, na altura da metade da grande área inicia uma curva para direita surpreendendo a todos, que somente foi interrompida pela rede adversária.     

Nesta jogada, quando a bola perde o contato com o pé do jogador, a inclinação do eixo de rotação (w) da bola com relação a direção da velocidade (v) de translação, formam um pequeno ângulo entre os vetores associados a estas grandezas.  Estavam quase paralelos no começo da trajetória, de modo a não produzirem inicialmente força Magnus relevante. 

Entretanto, a medida que a trajetória parabólica da bola ganhou altura, esta força foi crescendo de intensidade e puxando a bola continuamente para a direita, e se tornando visível para os espectadores do jogo, e assim, produzindo uma curva  inesperada, principalmente nos instantes finais da trajetória.

A direção de rotação da bola (w) não muda ao longo de toda trajetória, isto se deve a uma lei da Física chamada de Conservação do Momento Angular, mas a direção da velocidade (v) de translação muda de instante a instante, produzindo, então, diferentes valores da força Magnus ao longo do "passeio" da bola.  Quando estes dois vetores são perpendiculares entre si, a Força Magnus é a maior possível, e quando estão paralelos seu valor é nulo.

A força Magnus do Phillipe Coutinho

O Brasil estreou na Copa da Rússia contra o time da Suíça.  Time este, que a princípio, não intimidava nosso brasão de cinco estrelas.  

Dia bonito, com sol e temperatura agradável, o time brasileiro fazia uma partida mediana, e com insistentes quedas exageradas do nosso principal jogador, Neymar.

Nosso time volta após o intervalo mais dinâmico,  atacando mais e fazendo a devida triangulação entre seus principais atacantes. Até que em uma linda jogada individual, Phillipe Coutinho chuta a bola com um efeito incrível, que a faz descrever no ar uma inesperada curva para esquerda até acertar o canto direito do goleiro adversário.  Goooollllll,  gooollll, golaço!

Coutinho, com sua técnica aprimorada, ao chutar a bola com o pé direito imprime uma giro no sentindo anti-horário. Com a bola em vôo as forças que passam a atuar sobre a ela são: Gravitacional,  Arrasto, e Magnus.   Estas duas últimas surgem devido a presença da atmosfera, que tem densidade e viscosidade específicas.  

A força de Arrasto tem o papel de frear a bola, e portanto, tem mesma direção, mas sentido oposto da velocidade de translação da bola.  Já a força Magnus surge como consequência da rotação da bola, e faz a bola ser desviada continuamente numa direção perpendicular tanto a direção de deslocamento da bola, quanto do vetor da velocidade angular (velocidade de giro).   E a força gravitacional puxa a bola para baixo o tempo todo.

Após o lançamento, a bola voa  girando em uma trajetória parabólica, não mais contida no plano geométrico perpendicular ao solo, mas agora, contida num plano que faz certa inclinação com o chão.  Dito de outra forma, a sombra da bola sobre o gramado, quando em movimento, passa a descrever uma curva para esquerda, e não mais em linha reta.

Assim, a rotação da bola em vôo provoca diferença de pressão do ar entre suas laterais, surgindo, então, uma força -Magnus- que a puxará continuamente para o lado de menor pressão.  No caso do gol do Coutinho, a bola foi continuamente puxada para o lado esquerdo, tanto no movimento ascendente, quanto no descendente, até encontrar o gol. Caso ele não tivesse posto este efeito, tivesse batido de "chapa" certamente a bola seguiria sua clássica trajetória parabólica em linha reta e provavelmente passaria por fora da trave do gol.

De modo geral, existe quatro maneira de dar efeito na bola num chute, girando-a de baixo para cima (a bola ficará menos tempo em vôo),  de cima para baixo (aumentará a  trajetória gerando um efeito de sustentação),  no sentido anti -horário (desviada para esquerda), sentido horário (a bola será desvia para direita).

Como no futebol, o Efeito Magnus se faz presente em outros esportes com bola, e quanto mais rugosa a superfície da bola for, mais proeminente este efeito será visualizado.  Mas, não pensem que é fácil fazer este tipo de jogada, somente os craques são capazes de ter tamanho domínio sobre o esporte e nos brindar com lances incríveis!

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.