A física fantástica por trás do salto de esqui

Se você ou eu pularmos no ar o mais alto possível, podemos ficar fora do chão por cerca de meio segundo. Michael Jordan poderia ficar no ar por quase um segundo. Embora existam muitos eventos nos Jogos Olímpicos de Inverno que apresentam atletas realizando proezas de atletismo e força no ar, nenhum borra a linha entre saltar e voar tanto quanto o salto de esqui. O salto de esqui é talvez um dos eventos mais intrigantes dos Jogos de Inverno para mostrar a física em ação. O vencedor é o atleta que viajar mais longe e que voar e aterrissar com o melhor estilo.

Ao transformar seus esquis e corpos no que é essencialmente uma asa, os saltadores de esqui são capazes de combater a gravidade e permanecer no ar por cinco a sete segundos enquanto percorrem o comprimento de um campo de futebol pelo ar. Então, como diabos eles fazem isso?

Três conceitos principais da física estão em jogo no salto de esqui: gravidade, sustentação e arrasto. A gravidade puxa qualquer objeto em voo em direção ao solo. A gravidade age em todos os objetos igualmente e não há nada que os atletas possam fazer para diminuir seu efeito. Mas os atletas também interagem com o ar enquanto se movem. É essa interação que pode produzir sustentação, que é uma força ascendente produzida pelo ar empurrando um objeto. Se a força produzida pela sustentação equilibra aproximadamente a força da gravidade, um objeto pode planar ou voar.

Para produzir sustentação, um objeto precisa estar em movimento. À medida que o objeto se move pelo ar, sua superfície colide com partículas de ar e as empurra para fora do caminho do objeto. À medida que as partículas de ar são empurradas para baixo, o objeto é empurrado para cima de acordo com a Terceira Lei do Movimento de Newton, que diz que para cada ação, há uma reação igual e oposta.

Partículas de ar empurrando um objeto para cima são o que cria sustentação. O aumento da velocidade, bem como o aumento da área de superfície, aumentará a quantidade de sustentação. O ângulo de ataque –o ângulo do objeto em relação à direção do fluxo de ar– também pode afetar a sustentação. Muito íngreme e o objeto parará, muito plano e não empurrará as partículas de ar.

Embora tudo isso possa parecer complicado, colocar a mão para fora da janela de um carro ilustra perfeitamente esses princípios. Se você segurar sua mão perfeitamente plana, ela ficará mais ou menos no lugar. No entanto, se você inclinar a mão para que a palma fique voltada para a direção do vento, sua mão será empurrada para cima à medida que as partículas de ar colidem com ela.

As mesmas colisões entre um objeto e o ar que fornecem sustentação também produzem arrasto. O arrasto resiste ao movimento para frente de qualquer objeto e o desacelera. À medida que a velocidade diminui, a sustentação também diminui, limitando a duração de um voo.

Para saltadores de esqui, o objetivo é usar um posicionamento corporal cuidadoso para maximizar a sustentação e reduzir o arrasto o máximo possível.

Os esquiadores começam no alto de uma encosta e depois esquiam para baixo para gerar velocidade. Eles minimizam o arrasto agachando-se e orientam cuidadosamente para reduzir o atrito entre os esquis e a rampa. Quando chegam ao fim, podem estar a quase 100 km/h.

A rampa termina em um ponto de decolagem que, se você olhar de perto, está na verdade em um leve ângulo descendente de 10 graus. Pouco antes dos atletas chegarem ao final da rampa, eles pulam. A pista de pouso de esqui foi projetada para imitar o caminho que um saltador fará, de modo que nunca fique mais de cinco metros acima do solo.

Uma vez que os atletas estão no ar, a física divertida começa. Os saltadores fazem tudo o que podem para produzir o máximo de sustentação possível, minimizando o arrasto. Os atletas nunca serão capazes de gerar sustentação suficiente para superar totalmente a gravidade, mas quanto mais sustentação eles gerarem, mais lento eles cairão e mais descerão a colina.

Para fazer isso, os atletas alinham seus esquis e o corpo quase paralelos ao chão e colocam seus esquis em forma de V fora da forma do corpo. Essa posição aumenta a área de superfície que gera sustentação e os coloca no ângulo de ataque ideal que também maximizará a sustentação.

À medida que o arrasto reduz a velocidade do esquiador, a sustentação diminui e a gravidade continua a puxar o saltador. Os atletas começarão a cair cada vez mais rápido até aterrissar.

Com tanta física em jogo, há muitas maneiras como o vento, as escolhas de equipamentos e até mesmo os próprios corpos dos atletas podem afetar o quão longe um salto pode ir. Então, para manter as coisas justas e seguras, existem muitos regulamentos.

Se você assistir a um desses eventos, poderá notar oficiais movendo o ponto de partida para cima ou para baixo na encosta. Este ajuste é feito com base na velocidade do vento, pois ventos contrários mais rápidos produzirão mais sustentação e resultarão em saltos mais longos que podem ultrapassar a zona de pouso segura.

O comprimento do esqui também é regulado e vinculado à altura e peso de um esquiador. Os esquis podem ter no máximo 145% da altura do esquiador, e os esquiadores com índice de massa corporal menor que 21 devem ter esquis mais curtos. Esquis longos nem sempre são os melhores, pois quanto mais pesado o esqui, mais sustentação você precisa produzir para permanecer no ar. Finalmente, os esquiadores devem usar roupas justas para garantir que não usem suas roupas como fonte adicional de sustentação.

Da próxima vez que sintonizar as Olimpíadas de Inverno para se maravilhar com o poder físico dos atletas, reserve um momento para considerar também seu domínio dos conceitos da física.