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)