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Jul 27, 2023

A física guarda o segredo do altamente imprevisível "saque flutuante" do voleibol

Jennifer Ouellette - 14 de novembro de 2019 14:59 UTC Um bom serviço float em

Jennifer Ouellette - 14 de novembro de 2019 14h59 UTC

Um bom saque float no momento certo no vôlei pode fazer ou quebrar um jogo apertado, já que a trajetória da bola é tão difícil de prever. São os painéis de superfície em bolas de vôlei convencionais que dão origem a essas trajetórias imprevisíveis, e modificar os padrões de superfície pode resultar em um voo mais consistente, de acordo com um artigo recente na Applied Sciences.

Tudo se resume à gravidade e aerodinâmica. Qualquer bola em movimento deixa um rastro de ar que fica atrás dela enquanto voa pelo ar. O arrasto inevitável diminui a velocidade da bola. As trajetórias de várias bolas esportivas são afetadas não apenas por seu diâmetro e velocidade, mas também por pequenas irregularidades em sua superfície. As bolas de golfe têm ondulações, por exemplo, enquanto as bolas de beisebol têm costuras em um padrão de oito - ambas suficientemente irregulares para afetar o fluxo de ar ao redor da bola.

É sabido que o movimento de uma bola de beisebol cria um redemoinho de ar ao seu redor, comumente conhecido como efeito Magnus. As costuras levantadas agitam o ar ao redor da bola, criando zonas de alta pressão em vários locais que (dependendo do tipo de campo) podem causar desvios em sua trajetória. As covinhas da bola de golfe reduzem o fluxo de arrasto criando uma camada limite turbulenta de ar, enquanto o giro da bola gera sustentação criando uma área de pressão de ar mais alta na parte inferior da bola do que na parte superior.

Os padrões de superfície nas bolas de vôlei também podem afetar suas trajetórias. As bolas de vôlei convencionais têm seis painéis, mas os designs mais recentes têm oito painéis, um padrão de favo de mel hexagonal ou ondulações.

Houve numerosos estudos anteriores examinando a aerodinâmica de bolas esportivas: bolas de golfe, críquete, tênis, beisebol, rúgbi e futebol. Mas, por alguma razão, há uma escassez de pesquisas com foco na física das bolas de vôlei. Em 2010, Takeshi Asai, da Universidade de Tsukuba, e vários colegas japoneses decidiram remediar isso conduzindo uma série de experimentos em túneis de vento com três tipos de bolas com padrões de superfície distintamente diferentes: uma bola Molten convencional com seis painéis; uma bola de fusão mais recente com um padrão de favo de mel; e uma bola com covinhas Mikasa. Eles usaram um dispositivo robótico para "servir" as bolas para garantir a consistência e, em seguida, mediram os coeficientes de arrasto de cada bola.

O coeficiente de arrasto descreve o quanto o fluxo de ar "gruda" na superfície da bola. Quanto mais rápido a bola se move, menos "pegajosa" ela se torna. Normalmente, os rastros são maiores e os arrastos são mais altos em velocidades lentas, mas se a bola atinge um limite de velocidade crítica, ela passa pela chamada "crise de arrasto": o rastro encolhe repentinamente e o arrasto despenca. É basicamente o ponto onde o fluxo de ar muda abruptamente de laminar (suave) para turbulento. Esse limite de velocidade crítica - a velocidade na qual o fluxo de ar se torna realmente turbulento - pode variar significativamente apenas entre as bolas de vôlei.

No estudo de 2010, cada bola foi sacada 20 vezes com três orientações de painel diferentes. Os autores descobriram que, para esferas perfeitamente lisas, a velocidade crítica é de cerca de 25 metros por segundo, ou cerca de 56 milhas por hora. Todas as bolas de vôlei testadas apresentaram velocidades críticas mais baixas do que a esfera lisa. A bola derretida tradicional tinha um arrasto baixo semelhante, enquanto a bola derretida com padrão de favo de mel tinha um arrasto final mais alto. Asai e seus co-autores sugeriram que isso pode ocorrer porque o padrão de favo de mel aumentou a rugosidade da superfície da bola, enquanto a orientação do painel de superfície (em direções transversais ou diagonais) na bola tradicional conforme é sacada muda a forma como o ar flui ao redor da bola. -voo, afetando sua trajetória.

Para este último estudo, Asai e vários colegas usaram quatro tipos diferentes de bolas de vôlei - duas com painéis, uma com padrão de favo de mel e uma bola com covinhas - para estudar a aerodinâmica do saque flutuante. Ao contrário de um saque rápido de giro superior ou saque de salto - ambos seguem trajetórias de vôo bastante previsíveis - um saque flutuante não tem giro. Isso torna difícil prever a trajetória da bola; ele pode desviar inesperadamente, dando ao servidor uma vantagem competitiva.