Aqui você pode pesquisar os planos existentes

 


Prática do golfe rende uma boa lição de mecânica dos fluidos

Publicado por 
novaescola
Objetivo(s) 

Analisar e comparar o deslocamento das bolas usadas em diferentes práticas esportivas

Material necessário 

Reportagem da Veja:

Desenvolvimento 
1ª etapa 

Introdução

Golfe é para poucos, confirma a reportagem de VEJA. O kit básico do jogador custa no mínimo 3.000 reais. Talvez por isso a atividade seja pouco difundida no Brasil. Apesar do pequeno interesse que o esporte possa ter para nós, algumas informações no texto são, no mínimo, intrigantes: aquela minúscula bola de borracha com 45,9 gramas de massa pode viajar 250 metros a mais de 200 quilômetros por hora. Quem não quer dar uma tacada assim? O golfe, como outras atividades esportivas, apresenta também particularidades interessantes, que pressupõem o emprego de muita tecnologia. Afinal, por que as bolas têm aqueles sulcos? Por que os tacos apresentam desenhos especiais? Use essas questões para despertar a curiosidade da turma e aproveite para mostrar experimentalmente as causas do "efeito" na trajetória das pequenas esferas, fenômeno semelhante (e talvez os alunos não saibam disso) às jogadas curvas que caracterizam os gols olímpicos.

Para a parte prática, separe algumas bolas de vôlei, futebol de campo e pingue-pongue (não esqueça a raquete). Se possível, leve para a classe uma bola de golfe. Assim, a turma poderá visualizar os sulcos em sua superfície e perceber sua massa e consistência.

É importante, mas não essencial, que os alunos já tenham feito contato com os conceitos relacionados aos princípios conservativos da quantidade de movimento e da energia cinética. Você pode fazer um resumo desses assuntos, salientando o Teorema do Impulso.

 

Peça que os estudantes extraiam da reportagem os dados numéricos e outras informações relevantes: a massa das bolas, a distância horizontal da trajetória e a velocidade máxima alcançada.

Em seguida, construa um primeiro modelo do lançamento da bola utilizando apenas conceitos básicos. Ressalte que o tempo típico do choque entre o taco e a bola de golfe para um lançamento longo é de cerca de 1/200 de segundo. Com esse modelo grosseiro, a turma pode calcular, baseada na quantidade de movimento da bola, a aceleração que ela experimenta durante o choque com o taco. Sugira, ainda, que os alunos comparem o resultado acima com a quantidade de movimento de meio tijolo (massa de cerca de 0,4 quilograma caindo de cerca de 3,5 metros de altura). Lembre que a área de contato de uma bola de golfe num choque (com a cabeça de uma pessoa, por exemplo) é, em princípio, muito menor que a de um tijolo e, portanto, a pressão será muito maior.

O modelo razoavelmente simples construído até aqui pode ser incrementado a partir da informação de que as trajetórias das bolas são, de fato, mais curtas do que deveriam ser devido ao arrasto (força de resistência) do ar.

Numa primeira aproximação, ainda sem considerar a rotação da bola, demonstre que o arrasto pode ser calculado com a utilização do coeficiente aerodinâmico da forma esférica (ele é proporcional ao quadrado da velocidade). Se quiser aprofundar o assunto, estabeleça os conceitos de fluxo laminar e turbulento, número de Reynolds, Princípio de Bernoulli e Tubo Venturi.

Nesse ponto já é possível salientar os dois tipos distintos de fluxo do ar que se formam ao redor da esfera em movimento. Ele pode ser laminar (veja os quadros 1 e 2 abaixo) e, nesse caso, o arrasto aumenta muito pela formação de um vácuo parcial na parte de trás da bola. A forma da "superfície limite" do fluxo (indicada pelas linhas que circundam a bola), enquanto não se considera a rotação da esfera, é simétrica em relação à trajetória e o arrasto age apenas nessa direção (a direção da trajetória), opondo-se ao movimento.

O fluxo turbulento, em princípio, produz maior arrasto que o laminar, mas dificulta a formação da "superfície limite" e diminui o vácuo parcial ao redor da esfera (as linhas são mais próximas à bola na parte de trás). Ele tende a tornar menor a área da superfície de separação e o vácuo parcial menos intenso.

Mostre que os sulcos das bolas de golfe têm por finalidade aumentar o efeito do fluxo turbulento (quadros 3 e 4), de modo que, somado ao do fluxo laminar, produza o menor arrasto possível.

Para melhorar ainda mais o modelo, você pode adicionar a ele a informação de que as bolas de golfe, durante os lançamentos, entram em rotação ¿ ou seja, elas giram. Esse efeito é obtido no choque, pelo atrito entre o taco e a bola. Para maximizá-lo os tacos têm a superfície de choque cheia de ranhuras.

Quando a bola de golfe está em rotação, há dois efeitos físicos a considerar:

  • Efeito Bernoulli: o mesmo que produz a sustentação nas asas dos aviões. O fluxo de ar em cada lado da bola em rotação tem velocidades diferentes, produzindo pressões também diferenciadas;
  • Efeito Magnus: a forma da "superfície limite" é assimétrica, fazendo com que o vácuo parcial seja, também, aplicado de maneira assimétrica em relação à direção da trajetória.


Esses dois efeitos, combinados, produzem alterações na direção da trajetória da bola e são observados também em outros esportes, como beisebol, tênis, vôlei e pingue-pongue. No futebol, é bastante conhecido o efeito "folha seca", cuja origem é geralmente relacionada ao craque Didi, campeão da Copa de 1958.

Depois de completadas as explicações teóricas, leve os alunos para a quadra da escola e experimente com eles como produzir "bola com efeito" em lances das diferentes modalidades esportivas.

Em todos os casos, a classe deve observar o sentido de rotação e a curvatura da trajetória, relacionando-os aos conceitos desenvolvidos em sala de aula.

 

Para saber mais 

As primeiras bolas de golfe eram lisas. Jogadores experientes perceberam que, após algum tempo de uso, quando elas adquiriam pequenos cortes, talhos e furos, as trajetórias eram mais longas e precisas. Então, esses atletas começaram a fazer pequenos cortes em suas bolas. Posteriormente, os fabricantes passaram a produzir bolas com sulcos.

A natureza já utilizava os sulcos milhões de anos antes de o golfe ser inventado. Muitas espécies de vegetais produzem grãos de pólen com superfícies cheias de "covinhas". Elas permitem maximizar a distância percorrida pelo pólen quando levado pelos ventos.

Cometas de formas irregulares (com saliências e reentrâncias significativas em relação à superfície) e que giram sobre si com grande velocidade não têm suas trajetórias determinadas com a mesma precisão que os cometas com pouca rotação. O efeito do giro e das "covinhas" é mais perceptível nas regiões próximas ao Sol, onde o vento solar (fluxo de partículas subatômicas emitidas pela estrela) é mais denso e intenso.

 

 

Créditos:
Renato da Silva Oliveira
Formação:
Professor de Física e coordenador do Planetário Móvel AsterDomus, de São Paulo
Autor Nova Escola

COMPARTILHAR

Alguma dúvida? Clique aqui.