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Aplicações curiosas do fenômeno físico “Slipstream”
| DESTAQUES: • Patinhos sempre se movimentam atrás da mãe para o deslocamento na água ser mais fácil; • Tanto a água como o ar possuem um comportamento fluido; • Pilotos(as) utilizam o Slipstream para a otimização da aceleração durante competições. |
Em algumas regiões do Brasil, ocupando margens de rios e lagos, é normal ver uma ave presente, nadando tranquilamente. Em desenhos infantis ou até mesmo em letras de músicas os patinhos estão presentes. Não raro e tratando-se de uma característica comum entre esses animais, é possível observar que os filhotes possuem o costume de se locomover atrás de seus progenitores (pai ou mãe) formando uma fila, seja na terra ou na água.
A Teoria da Evolução Natural de Charles Darwin explica que tal característica provavelmente é perpetuada de geração em geração devido a alguma vantagem evolutiva. Nessa perspectiva, um grupo de cientistas (Zhi-Ming Yuan, Minglu Chen, Laibing Jia e Atilla Incecik) se propuseram a observar este fenômeno mais profundamente, utilizando os conhecimentos de hidrostática e hidrodinâmica da Física.
Para isto, fizeram uma modelagem computadorizada da situação em questão, alterando apenas o número de filhotes que compõem a fila atrás da mãe (eles consideraram grupos de filhotes de um até seis).
A partir desta modelagem, os autores verificaram que o deslocamento do grupo de patos era afetado por interações hidrodinâmicas, porém, tais interações eram mais intensas para o pato progenitor. Em contrapartida, os filhotes sofriam menos interações (principalmente do terceiro filhote em diante), permitindo que o movimento deles não sofra tantas perturbações e seja constante.
Em outras palavras, os filhotes não precisavam gastar tanta energia cinética nesta formação de fila. Essa redução no gasto de energia pode ser considerada uma das vantagens evolutivas deste comportamento para a espécie.
Porém, essa redução no gasto energético também pode ser aproveitada de outras formas, como no caso dos esportes.
Mas, antes de entrar nesta área, é válido ressaltar que, assim como a água, o ar que respiramos também possui um comportamento de fluido. Ou seja, tanto a água como o ar não possuem uma forma sólida, eles se deformam, escoam. Por causa disto, o ar também está submetido às leis da hidrodinâmica.
Tendo sido estabelecido que o ar é um fluido, vamos observar uma situação comum na Fórmula 1 que se assemelha à questão da fila de patinhos.
Esta situação que se assemelha a fila de filhotes é chamada na Fórmula 1 de Slipstream (turbilhonamento, em uma tradução livre). Tal situação consiste em dois carros de Fórmula 1 (Carro A e Carro B) um atrás do outro.
Tanto o Carro A quanto o Carro B estão se movimentando em velocidades muito grandes (a velocidade máxima destes veículos é de 329 km/h!). Devido a isso, sofrem interações hidrodinâmicas intensas advindas da ação do vento.
Porém, para reduzir essas interações hidrodinâmicas (entre o veículo e o ar), o Carro B tende a ficar atrás do Carro A (fazendo uma espécie de fila). E essa redução de interações ar-veículo otimiza a aceleração do(a) piloto(a) B para uma eventual ultrapassagem.
Devido a essa vantagem esportiva, o Splistream também é utilizado em outros esportes semelhantes a Fórmula 1, como a corrida de São Silvestre, Maratona do Rio de Janeiro, Corrida do Círio, entre outras atividades esportivas.
Colaboração:
Diego Nonato Bastos Dias sobre o autor
Diego é professor de física, mestrando em educação em ciências e matemática pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) e graduado em Licenciatura em Ciências Naturais-Física pela Universidade do Estado do Pará (UEPA). Adora estudar e explicar como a física está presente no dia-a-dia.
Referências:
Artigo científico intitulado “Wave-riding and wave-passing by ducklings in formation swimming”, publicado na revista Journal of Fluid Mechanics em 2021, de autoria de Zhi-Ming Yuan, Minglu Chen Laibing Jia, Chunyan Ji e Atilla Incecik.
Matéria no site Las Motorsport intitulada “O que é um Slipstream na F1?” publicada em 08/03/2023 (Website)
Matéria no site Revista Planeta intitulada “Física explica por que patinhos nadam alinhados atrás da mãe” publicada em 22/10/2021 (Website)
Vídeo “Slipstream in Formula 1 Explained”, de autoria do canal F1 Education. (Website)
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(Editoração: Fernando F. Mecca e Priscilla Elias)