Explicações físicas para a quebra de recordes na prova de 100m

Trabalho busca explicações físicas para a quebra de recordes na prova de 100m rasos do atletismo. Aluno do Instituto de Física discute dois modelos para explicar os recordes quebrados pelo velocista jamaicano Usain Bolt

Nos últimos anos, temos assistido a várias quebras de recordes mundiais na prova dos 100 metros rasos do atletismo. A partir do Mundial de Osaka, no Japão, em 2007, o velocista jamaicano Usain Bolt se tornou um fenômeno no esporte mundial ao superar a marca em diversas oportunidades, sempre na casa dos nove segundos, de acordo com o site da Associação Internacional das Federações de Atletismo (http://www.iaaf.org/, acesso em 29/09/2010).

Osmar Preussler Neto, do Instituto de Física da Uerj, sob orientação da professora Rosana Santiago, afirma que estão procura de explicações para os resultados do atleta em seu trabalho denominado. Discussão de modelos físicos para a prova de 100m do atletismo, por sua vez apresentado na 21º. edição do Uerj Sem Muros.

Segundo Osmar, o objetivo do trabalho é descrever, aplicar e discutir os modelos propostos por Keller e Tibishirani para o comportamento da velocidade do atleta, comparando-os para as provas em que Bolt quebrou o recorde mundial.

O autor afirma que na pesquisa faz uma análise de modelos físicos baseados na 2ª. Lei de Newton, buscando o comportamento da velocidade no tempo durante a prova dos 100 metros. O modelo de Keller faz algumas considerações, enquanto o modelo de Tibishirani, na década de 90, propõe alterações para chegar próximo da realidade.

Ele faz a comparação entre os dois modelos, e explica que Keller propõe um modelo físico para descrever a melhor estratégia que um corredor poderia adotar na prova visando minimizar o tempo da competição de uma determinada distancia D, levando em consideração as limitações físicas. Já Tibishirani observou que a queda de velocidade do atleta nos trechos finais da prova, propondo um decaimento temporal na forçaa propulsiva por unidade de massa. Este último é o mais aceito atualmente entre as Ciências do Esporte.

Osmar declara que a diferença básica entre os dois modelos é a seguinte: Keller não prevê uma queda de velocidade do atleta no final da prova, ou seja, nos trechos finais. Então, a consideração feita por Tibishirani, que é a força propulsiva pela massa, é um decaimento temporal. O atleta obteve uma queda de velocidade nos trechos finais da prova e isso realmente é observado na prática. Há um estudo feito em 2007, durante o Campeonato Mundial de Atletismo, no qual é feita análise e foi comprovada que a queda de rendimento, assim como no geral, gira em torno de 2 a 13%, dependendo do atleta, ainda mais no Mundial Feminino.
(Esta matéria foi publicada no site http://www.agenc.com.br/, na cobertura do evento da XXI UERJ sem Muros, por Maycon Santos)

O vento deu uma força, mas ninguém considerou...

O 26º. GP Brasil de Atletismo aconteceu no último maio deste ano no Estádio Olímpico João Havelange, no Rio de Janeiro. Embora, esta competição seja realizada sempre no Brasil, ela já se tornou tradicional e tem sua importância reconhecida. Como pode ser observado, quando neste evento participaram atletas de 35 países onde foram disputadas as seguintes modalidades de Atletismo: provas de velocidade, salto com vara, salto em distância e salto triplo. A prova de 100m masculino é uma das provas de maiores destaque e esperada pelo público em geral. Entretanto, ao constatarmos o resultado final desta prova, nos surpreendemos ao verificarmos que não havia sido considerada a influencia do vento no desempenho dos atletas. Entre a primeira bateria de atletas e a segunda, o vento não somente mudou de velocidade, mas também de direção. A primeira bateria correu com o vento a favor com velocidade de 1,2 m/s, enquanto que a segunda correu com vento contra com velocidade de 0,6 m/s. A classificação dos atletas foi feita simplesmente escalonando-se do primeiro ao décimo sexto lugar os melhores tempos das duas baterias! Entretanto, o corredor sofre uma resistência devido à presença do vento, essa resistência é chamada de força de arrasto, que depende da área frontal do atleta, da densidade do ar, velocidade do atleta durante a prova, e da velocidade do vento. Portanto, o vento em sentido oposto, estará prejudicando o desempenho do atleta devido a uma grande força de arrasto, enquanto que o a favor o ajuda a aumentar sua velocidade. Ao utilizarmos um modelo físico que corrige o tempo do atleta, como se ele tivesse corrido na condição de vento nulo, ou seja, totalmente sem vento, observamos significativas mudanças no ranking desta prova. Por exemplo, o atleta Leroy Dixon que correu na segunda bateria, passou da nona posição para a sexta, tendo tido seu tempo diminuindo em 0.04s. O mesmo aconteceu com A.Waugh que passou a figurar na sétima posição quando antes ele se encontrava em décima. Já os atletas que antes ficaram classificados da sexta a oitava posição, tiveram seus tempos corrigidos para valores maiores e passaram a ocupar da oitava a décima posição, respectivamente. A primeira posição permaneceu com Mike Rodgers que correu na primeira bateria, mas seu tempo aumentou em 0.07s, enquanto que a última posição permaneceu com José Carlos que teve seu tempo reduzido em 0.04s.

Gostaríamos que questões como estas fossem amplamente debatidas por especialistas da área, da necessidade ou não de adoção de recursos tecnológicos na perspectiva de aprimoramento dos resultados.

Para quem se interessar em maiores detalhes este assunto foi tema de um trabalho científico apresentado no III Congresso do Sudeste Brasileiro de Ciências do Esporte, em setembro de 2010, autoria de Rosana Santiago e Osmar Preussler Neto.

Cientistas desvendam segredo de famoso gol de falta de Roberto Carlos

Um dos gols mais incríveis da história do futebol, marcado pelo lateral esquerdo Roberto Carlos pela seleção brasileira há 13 anos, foi tema de um estudo feito por físicos na França. O gol marcado pelo jogador em 1997 contra a França, em um torneio amistoso em Paris, ficou famoso pela enorme curva na trajetória da bola, que deixou o goleiro Fabian Barthez perplexo e sem reação. Uma pesquisa publicada na revista científica New Journal of Physics sugere que aqueles que dizem que o gol foi um golpe de sorte estão errados. A equipe de físicos franceses estudou a trajetória da bola e elaborou uma equação que a descreve. Eles afirmam que a jogada pode ser repetida se a bola for chutada com muita força, com o efeito correto e - mais importante - a uma grande distância do gol. Muitos comentaristas chamavam a jogada de Roberto Carlos de "o gol que desafia a física", mas o estudo mostra que uma equação matemática pode descrever perfeitamente a trajetória da bola. "Nós mostramos que a trajetória natural de uma esfera quando ela gira é em espiral", disse à BBC o físico Christophe Clanet, da Ecole Polytechnique de Paris. Clanet disse que a trajetória da bola é em formato de caracol, com a curvatura da bola aumentando na medida em que ela vai viajando no ar. Como Roberto Carlos estava muito longe do gol quando chutou a bola, a 35 metros, a trajetória em espiral era visível. A previsão dos físicos é de que a bola faria mais curvas para a esquerda, até entrar em espiral, caso não sofresse a ação da gravidade ou encontrasse nenhum obstáculo à sua frente. No caso do chute de Roberto Carlos, o obstáculo era a rede. Em algumas simulações, os cientistas usaram tanques de água e bolas de plástico com a mesma densidade da água para estudar a trajetória. Com isso, eles puderem eliminar os efeitos da turbulência aérea e da gravidade, estudando apenas a trajetória. "Em um campo de futebol, às vezes nós vemos algo próximo a essa espiral ideal, mas a gravidade modifica um pouco as coisas", disse Clanet. "Mas se o chute for potente o suficiente, como o de Roberto Carlos, é possível minimizar o efeito da gravidade." O fator mais importante, segundo o físico, é a distância. "Se a distância é pequena, você só vê a primeira parte da curva. Mas como a distância era grande no chute de Roberto Carlos, você vê a curvatura aumentando. Então você vê a trajetória completa." Matéria divulgada pelo globo on line dia 02/9/2010. Abaixo o link para assistir este gol: http://youtu.be/e0RAKn7LZVU

De volta ao futuro na natação

Neste domingo, o francês Frederick Bousquet ganhou a medalha de ouro na prova dos 50 m livre do Europeu de natação, disputado em Budapeste, na Hungria. Ele fez num tempo de 21s36, superando assim, a marca que Cielo havia feito em junho passado, 21s55, no Open de Paris. Para quem acompanha as competições de natação, e tendo visto a quebra do recorde mundial dos 50m em 2009 pelo brasileiro Cielo, em apenas 20s91, estes novos tempos, no mínimo, geram certa estranheza. Fazendo uma rápida conta, Cielo em 2009 percorreu os 50m da piscina com velocidade de 8,61km/h. No presente ano, apenas usando uma bermuda, sua velocidade caiu para 8,32km/h. Só para se ter uma idéia do que este decréscimo representa, e compreender o espanto dos torcedores, suponhamos: se pudéssemos visualizar dois atletas nadando na mesma piscina, cada um com as respectivas velocidades acima, veríamos que enquanto o mais veloz completa a prova o segundo ainda estaria à 1m49cm de distancia do primeiro. Quem iria desconfiar que após a proibição pela Federação Internacional de Natação (FINA), do uso dos supermaiôs em 2010, as referencias de tempos voltariam a época da sunga em 2000? Que efeito mágico e “anabolizador” estes supermaiôs promoviam? Esta é uma pergunta difícil de responder, e o pouco que se sabe sobre os supermaiôs não é suficiente para justificar tamanha defasagem nos tempos. A estréia oficial do uso dos maiôs pele de tubarão, como também são chamados por imitar a pele de tubarão, aconteceu nas Olimpíadas de Sydney em 2000. Dos quinze recordes quebrados naquela competição, treze vestiam este traje. Além da Speedo, pioneira na fabricação, muitas marcas passaram a pesquisar e produzir roupas cada vez mais eficazes. Guardado a sete chaves os segredos de seus ingredientes, os trajes são feitos de material elástico e com poucas costuras, são bastante justos ao corpo do atleta e tem o poder de repelir a água, favorecendo a diminuição do atrito. Alguns nadadores relatam que ele aumenta a flutuabilidade e diminui a fadiga muscular. Entre 2008 e 2009, por seis vezes os recordes mundiais dos 50m foram quebrados com os maiôs. Esta evolução se deu de forma tão rápida nunca vista antes, ao ponto da FINA entender que a tecnologia associada a essa vestimenta estava tirando o brilho da natação, e desde então, a proibiu nas competições.

De volta ao futuro ....na natação!

A bola de futebol do futuro

Muitos lances foram questionados quanto a correta arbitragem nesta Copa da África. A Em pleno século 21 a FIFA permanece recusando o uso de tecnologia nos gramados para decidir lances polêmicos. Até replay em telões dento dos estádios foram proibidos neste evento. Quem não lembra do jogo da Alemanha contra Inglaterra nas oitavas de finais quando ocorreu um dos lances mais injustos já vistos neste campeonato? O time inglês perdia o jogo por 2 a 1, quando Lampard chutou e a bola tocou o travessão, quicando rapidamente dentro da área do gol. A arbitragem simplesmente ignorou e mandou o jogo continuar. Após análise, a bola havia entrado 33 cm. A sequência do jogo foi desastrosa e a Inglaterra acabou perdendo por 4 a 1. Embora muitos torcedores creditem que estes lances polêmicos potencializam a paixão pelo futebol, algumas soluções estão sendo pesquisadas para obtenção de um resultado mais claro. Ainda em estágio de desenvolvimento, a inovação vem por conta de uma bola da empresa de tecnologia Agent, que acopla uma espécie de receptor de GPS (Sistema de Posicionamento Global) no seu interior. Os GPS usuais usam de 24 a 36 satélites artificiais que orbitam entorno da Terra enviando informações para os seus receptores em sinais de rádio-freqüência. A bola chamada de CTRUS é semi-transparente e muda de cor ao cruzar a linha do gol e as laterais do campo. Assim não haveria dúvida da posição exata da bola durante uma partida. Além disso, ela tem uma câmera interna para filmar imagens do seu ponto de vista, ou seja, de um referencial não-inercial.

O gol Magnus do Maicon

No primeiro jogo do Brasil da Copa de Futebol na África do Sul contra a Coréia do Norte, o público pode soltar seu grito de alegria ao observar a improvável trajetória que a bola fez ao balançar a rede do adversário. Maicon chutou a menos de um metro da linha de fundo e converteu um belíssimo gol praticamente sem ângulo! Como aquele gol aconteceu? Como a Jabulani fez aquela curva lateral tão fechada? Ninguém jamais pensou que pudesse fazer um gol assim! Para entender as incríveis trajetórias que a bola faz numa partida de futebol não basta descrevê-las como lançamentos de projéteis, onde a bola é encarada como um objeto sem dimensão. Na maioria das vezes esta aproximação não prediz ou se quer explica o caminho que a bola percorreu. É necessário considerar mais detalhes, como o tamanho, as costuras, as ranhuras, entre outros aspectos da bola. O modelo físico deve considerar o movimento de translação e também o de rotação da bola em torno de um dos seus eixos. Num jogo real de futebol, a bola quando em vôo está sujeita além da força gravitacional, a ação de forças dissipativas como a resistência do ar, entre outras. O ar pode ser entendido como um fluído que tem viscosidade e exerce pressão nos objetos que nele estão imersos. Assim, a força aerodinâmica resultante que o ar exerce na bola pode ser decomposta na força de arrasto, que tem direção anti-paralela a velocidade translacional da bola, e a força Magnus que atua perpendicularmente a direção de deslocamento deste corpo. A força Magnus é a responsável pelos chamados chutes de efeito e está relacionada ao movimento de rotação da bola. Se a bola girar na direção contrária ao lado que o jogador chutou, ao se deslocar no meio, provocará uma área de baixa pressão para o lado em está girando e no lado oposto de alta pressão, desse modo que, a bola é “sugada” para direção de menor pressão, resultando num desvio continuo da trajetória até o fim do movimento. Os físicos Derek Leinweber e Adrian Kiratidis, da universidade de Adelaide na Austrália, fizeram alguns testes com a Jabulani, e concluíram que devido a sua textura com pequenos sulcos e aero ranhuras, fazem criar uma turbulência em torno dela suficiente para sustentá-la no ar numa distância maior que as outras bolas. Além disso, eles a avaliaram como uma bola “mais rápida” e mais dura. Graças a essas características esperam que a Jabulani faça mais curva do que qualquer outra bola. E foi exatamente isso que a gente viu no gol do Maicon - o efeito Magnus numa curta distancia.

As Ondas Eletromagnéticas entram em Campo

É interessante observar como as inovações tecnológicas podem colaborar na melhoria dos esportes. Desde o desenvolvimento de novos materiais a serem utilizados nos equipamentos de cada modalidade, exemplo, nas varas dos saltos em distancia, nos diversos tipos de bolas, nos arcos, massas e fitas da ginástica rítmica, entre tantos. Como também, uma permanente evolução das vestimentas e calçados dos atletas, dos pisos das quadras, da engenharia das piscinas, etc, sempre objetivando maior conforto e rendimento dos atletas e assim qualificando o espetáculo esportivo. Entretanto, o Futebol é conhecido como um esporte conservador no que se refere ao uso de suporte tecnológico na perspectiva de ajudar a definir alguns lances durante o jogo. Muitos argumentam que os debates após uma partida de determinados lances polêmicos é o que torna este esporte interessante. Este é um ponto de vista, mas também há de se entender que muitas brigas dentro e fora do campo podem ser evitadas com a utilização de equipamentos eletrônicos. Nesta Copa da África me chamou a atenção a troca de uma bandeira, aparentemente boa, no meio da partida de Holanda e Eslováquia nas oitavas de final. Imediatamente fui pesquisar e descobri que ali se tratava de uma bandeira eletrônica que facilita a comunicação entre os assistentes e o árbitro principal. Este equipamento funciona da seguinte forma: ao visualizar uma infração, o assistente levanta a bandeira e aperta um botão que fica no cabo, então, é enviado um sinal de onda eletromagnética, na faixa de rádio de alta freqüência, para o receptor que fica fixado através de uma braçadeira junto ao corpo do juiz que rapidamente sente a vibração, apita e paralisa a partida. Cada bandeira tem o sinal de rádio codificado garantindo assim que nenhum outro sinal acionará o receptor que o árbitro daquela partida carrega. Chamamos de espectro eletromagnético ao conjunto de ondas eletromagnéticas que são originadas por campos elétricos e magnéticos. O espectro eletromagnético compreende uma série de faixa de ondas que diferem entre si pela forma que são geradas e pela faixa de freqüência que ocorrem. Dentro deste espectro esta a faixa do visível, é o que chamamos popularmente de luz e que somos capazes de enxergar. E entre outras, as ondas de rádio, que possuem uma faixa de freqüências bem inferior a do visível e são utilizadas nas transmissões televisivas e sonoras de AM e FM. A faixa de onda de rádio é invisível para os nossos olhos e é por isso que não vemos o envio do sinal do bandeirinha ao juiz! A utilização deste equipamento qualifica em muito o bom espetáculo, mas não impede do erro humano, como foi o caso da lamentável arbitragem quando validou o gol da Argentina totalmente impedido sobre o México nas oitavas de finais deste campeonato.