NATAÇÃO E A FÍSICA

Capitulo 4 A física presente na natação

4.1 Arquimedes: A descoberta da flutuabilidade:

Arquimedes (287-2112 aC), um matemático grego, é considerado o descobridor dos fundamentos da flutuação. Diz-se que um dia em sua banheira começou a pensar em flutuabilidade, porque quando se deitava, a água sustentava seu peso e ele flutuava. Repentinamente a resposta veio a ele ”Eureca”! (Eu encontrei) ele gritou e saiu correndo nu pela estrada. Seu raciocínio legendário foi resumido como se segue: quando entrou na água percebeu que ela aumentava nas laterais da banheira; ele então notou que esse aumento em profundidade devia-se ao volume, ou massa de seu corpo, deslocando certa quantidade de água; percebeu também que a quantidade de água deslocada era igual à porção de seu corpo que estava submersa no momento; à medida que afundava mais na banheira a água se deslocava para cima ate que repentinamente ele flutuou e a água parou de se elevar. Ele estava completamente submerso- somente sua cabeça estava livre.

Enquanto permanecia flutuando em sua “água moldada” ele deduziu que a massa de água que ele deslocou estava originariamente sustentada pela água que agora o envolvia e o sustentava. Este então era o indício vital. A massa de água formada por Arquimedes e agora deslocada deve ter tido exatamente o mesmo peso do próprio Arquimedes, simplesmente porque a água em torno sustentou, por sua vez, ambas as “quantidades” em completo equilíbrio. O peso do volume da água deslocada era igual ao peso do corpo que flutuava nela. Esta é a teoria que fundamenta a flutuabilidade e a flutuação.

Realmente, este astuto senhor grego encontrou um método de determinar a densidade de uma coroa cujo rei, Hiero, ordenou que fosse feita de ouro puro: ele foi capaz de confirmar as suspeitas do rei em relação ao oficial que a projetou e a executou. (texto adaptado de PALMER, 1990)

4.2 - Hidrostática:

A disciplina da mecânica que se encarrega do estudo dos fluídos em repouso denomina-se hidrostática e envolve o conhecimento de duas grandezas fundamentais: densidade e pressão. A densidade de um fluido se define como a razão entre sua massa total e seu volume. Como substância-padrão emprega-se a água, á qual se atribui o valor de um grama por centímetro cúbico. A pressão do fluido, força que sua massa exerce por unidade de superfície, é variável em diferentes pontos e aumenta com a profundidade.

Os líquidos em repouso se comportam segundo duas leis da hidrostática enunciadas por Arquimedes e Pascal. A de Arquimedes foi incluída com êxito na doutrina mecanicista de Newton e fornece os princípios básicos para a solução dos problemas de flutuação relacionados com o projeto e a construção de barcos. A lei de Pascal empregou o princípio da variação da pressão com a profundidade para explicar o chamado paradoxo hidrostático, fenômeno segundo o qual a pressão que uma coluna de líquido exerce sobre o fundo de um recipiente independe da forma desse recipiente. Já se sabia que a pressão exercida sobre um fluido varia na razão direta da profundidade, de acordo com um fator de proporcionalidade igual ao produto da densidade do fluido pela aceleração da gravidade.

A partir desse resultado teórico, Pascal concluiu que a pressão aplicada a um fluido se transmite igualmente em todas as direções.

A hidrostática está relacionada com a flutuação e a flutuabilidade. Flutuabilidade é a capacidade de flutuar: se um nadador possui uma flutuabilidade positiva, irá flutuar bem na água. Se o nadador tende a afundar imediatamente para baixo da superfície, é que tem flutuabilidade negativa. (texto adaptado de MASSAUD, 2004)

4.3 - Pressão da água:

A pressão da água aumenta com profundidade de submersão. Pressão é definida como a força exercida por um fluido sobre a superfície com a qual está em contato direto. A intensidade da pressão em qualquer ponto é a força exercida sobre a área liquida. (Intensidade de pressão é comumente indicada simplesmente como pressão).

Um objeto sob a superfície da água é submetido a uma maior intensidade de pressão, do que um objeto na superfície. Isso se aplica também aos nossos nadadores, e o efeito da pressão pode ser algumas vezes prejudicial. (texto transcrito de DAMASCENO, 1994)

4.4 - Centro de gravidade e flutuação humana:

Existem diferenças entre a estrutura física e anatômica de homens e mulheres que contribuem para o posicionamento dos centros de gravidade relativos em diferentes regiões do corpo. Por exemplo, os ossos da mulher são geralmente menores e mais delgados do que os dos homens. O tronco dos homens tende a ser mais profundo e seus ombros mais largos do que nas mulheres. As mulheres tendem a ter quadris mais largos. As pernas e pés dos homens são geralmente maiores e mais pesados do que os das mulheres.

Estes aspectos formam um padrão pelo qual o centro de gravidade do homem tende a ser proporcionalmente ligeiramente mais alto no seu corpo, do que no da mulher. Para um homem de constituição média, de aproximadamente 68 kg, o centro de gravidade de seu corpo estará em torno da segunda vértebra sacra. Para a mulher de peso semelhante, o centro de gravidade estará aproximadamente 25 mm abaixo.

É provável que os respectivos centros de flutuação tendam a influenciar mais as características de flutuação humana que os centros de gravidade. O tronco e os ombros geralmente mais largos do homem, combinados com seus quadris mais estreitos, tendem a criar um maior deslocamento para cima de seu corpo. Assim sendo, o seu centro de flutuação será mais alto do que o da mulher, com seu tronco pequeno e quadris arredondados. A nadadora, com seu centro de flutuação baixo, tende a flutuar naturalmente na posição horizontal. O nadador, porém, com suas pernas mais pesadas e menos deslocamento corporal para baixo, tende a flutuar mais verticalmente.

4.5 - Equilíbrio:

Podemos classificar equilíbrio como sendo o estado de um copo cuja situação de repouso ou movimento permanece inalterada em relação a um sistema de eixos de referência.

Na natação, poderemos observar uma situação de equilíbrio, quando o nadador, ao flutuar em posição dorsal ou ventral, se mantiver na posição sem a necessidade de auxílio, de que forma seja, pois, flutuar nada mais é que a ação de manter um corpo na superfície de um fluido, que necessita que o corpo tenha uma densidade igual ou inferior à unidade.

Outra situação: ao observarmos um nadador de nível avançado, com o domínio da