Porque o bumerangue volta 01: Voo

Olá, pessoas!

Entender por que o bumerangue volta é um pouco complicado. Exige alguns conhecimentos de física e capacidade de abstração. Porém, não é nada impossível, por isso temos que fazer algum esforço se quisermos realmente crescer como atletas e como shapers. 

Muito se diz que o melhor jeito de se aprender sobre o funcionamento do bumerangue é através de tentativa e erro. Não tiro todo o mérito dessa afirmação, mas ela desvia a atenção do fato de que já existe muito conhecimento por aí e se alguém conseguir entender, pelo menos um pouco, como a coisa funciona na teoria, já vai ter uma grande vantagem (e vai economizar um bom dinheiro em compra de materiais).

Não vou esgotar o assunto (até porque meus conhecimentos não vão tão longe assim), mas vou fornecer no mínimo as bases para quem quiser ir mais a fundo. É bom deixar claro que, como nem todo mundo entende de física, vou apresentar os princípios gerais da maneira mais simples que puder para facilitar ao máximo. E quem estiver mais familiarizado com a ciência vai compreender que muitas das coisas são realmente simplificações de fenômenos mais complexos e que variam bastante no mundo real, mas que isso não prejudicará em nada meu objetivo.

Dividi o assunto em vários posts, assim não sobrecarrego vocês com muita informação de uma vez só. Os primeiros posts serão sobre diversos princípios físicos de nosso interesse e somente no último post dessa série, quando tudo for integrado, o bumerangue será realmente o centro de nossas atenções.

Um bom começo é entender que forças agem sobre um objeto que voa. Elas são principalmente quatro: peso, sustentação, arrasto e tração (ou impulso). Para ficar mais fácil de entender, vou usar como exemplo o avião, onde essas forças atuam de maneira mais simples que nos bumerangues (mas, quando for oportuno, farei pequenos comentário sobre eles). A imagem abaixo representa a ação dessas quatro forças. As setas indicam em que direção cada uma atua. 

As quatro forças que influenciam o voo [1]

PESO

Essa é a mais simples de todas. A força peso surge a partir da ação da gravidade sobre um objeto que possui massa. É essa força que faz com que os objetos sejam atraídos para o chão, em vez de saírem flutuando por aí e sempre irá agir na vertical e para baixo. Sua intensidade é sempre constante, ou seja, não varia ao longo do voo. Para que um objeto voe, é necessário que uma força de maior intensidade que a força peso e em sentido contrário à ela (ou seja, para cima) atue sobre esse objeto.

TRAÇÃO
É essa a força que faz com que o objeto se desloque para a frente, agindo sempre no mesmo sentido do movimento. É ela que variamos quando queremos fazer um objeto se mover mais rápido ou mais devagar. No caso do avião, a tração é gerada pelas hélices ou turbinas e é controlada durante o voo de acordo com a vontade do piloto, que reduz ou aumenta sua intensidade. Já no caso do bumerangue, a tração é gerada pelo braço da pessoa no momento do arremesso e, durante o voo, ela tem a intensidade reduzida por causa do atrito com o ar.

ARRASTO

O arrasto é gerado pelo atrito do ar com o objeto. Quanto maior for a velocidade do objeto, maior será o arrasto. Sua ação se dá no sentido oposto ao da tração. Assim, no caso do avião, enquanto a tração é direcionada para a frente, o arrasto é direcionado para trás. Já nos bumerangues, o arrasto vai agir reduzindo a velocidade da rotação (spin), sendo que isso pode ser ruim (no caso dos MTAs, por exemplo) ou bom (em modelos para ventos fortes). Podemos influenciar no arrasto através do formato do aerofólio ou de alterações na estrutura do bumerangue (furos, elásticos etc.).

SUSTENTAÇÃO

A sustentação é a força responsável por fazer os objetos levantarem voo. Para isso, ela deve ter uma intensidade maior que a força peso, sendo gerada pelo movimento de um aerofólio cortando o ar (no caso do avião e dos bumerangues, os aerofólios são as asas).

Um simples experimento prático facilita bastante a compreensão dessa força: pegue uma tira de papel sulfite com aproximadamente 15 x 4 cm e segure entre os dedos indicador e polegar, posicionando logo abaixo do lábio inferior. O papel irá se curvar para baixo. Comece a soprar bem devagar (Para a frente. Não sopre para baixo, nem para cima)  e vá aumentando a intensidade do sopro aos pouco. Veja o que acontece: o papel sobe!

Efeito da sustentação sobre tira de papel [2]

Isso acontece porque o ar se move mais rápido na parte de cima do papel, enquanto está parado na parte de baixo. Quanto mais rápido o ar se mover, menor será a pressão que ele exercerá no papel. Assim, a diferença de velocidades se converte em uma diferença de pressões. Como a pressão na parte de baixo é maior, ela empurra o papel para cima, gerando assim a sustentação.

No caso do avião (e dos bumerangues), o movimento do ar é gerado pela tração. Portanto, o ar embaixo das asas não está parado, mas, devido à forma de aerofólio, ele se move mais devagar do que o ar na parte de cima. Isso também causa uma diferença de pressão que gera sustentação, permitindo que o avião voe. Notem que, uma vez que o movimento do ar é gerado pela tração, quanto maior a tração, maior a velocidade do ar, maior a diferença de pressão e, consequentemente, maior é a intensidade da sustentação. Isso explica porque muitos bumerangues tendem a subir muito se forem arremessados com muita força: a sustentação gerada é muito maior que a necessária para o peso dele. A configuração do aerofólio (bordas de ataque e de fuga mais largas ou estreitas, mais finas ou mais espessas, entre outros detalhes) também afeta a intensidade da sustentação, além do arrasto, mas isso é assunto para outro post.

Nos próximos posts falarei sobre outros princípios físicos. É fundamental que vocês tenham entendido bem o que já foi colocado aqui. Se acharem necessário, releiam, pesquisem em outras fontes ou me perguntem (usem os comentários).

Bons retornos a todos.
Ítalo Carvalho.

Referências utilizadas:
[1] Imagem retirada de "A Física do Vôo na Sala de Aula", por Nelson Studart e Sílvio Dahmen, em Física na Escola, v. 7, n. 2. 2006.
[2] Imagem adaptada de "Lesson Plans, Labs and Demonstrations for the Glider and boomerang", por Dwight Souder. Disponível (em inglês) para download no site do Gary Broadbent.