Como um barco a vela pode andar mais rápido do que o vento?

    Um veleiro pode andar mais rápido do que o vento! Como pode ser isso? Para entender, precisamos, primeiro, ver como um barco à vela é impulsionado.

O primeiro efeito a considerar é o seguinte. Quando o ar encontra a parte côncava da vela, ele é desviado pela própria presença da vela. Se o ar é desviado, é porque a vela exerce uma força sobre ele. E, por uma das leis básicas da Física, se a vela faz uma força sobre o ar, então o ar faz força sobre a vela. Esse desvio do ar é representado pelas linhas azuis mais grossas da figura 1. (A vela é representada pelo arco em preto na figura.)



Há, ainda, outro efeito. O ar que passa pelo lado convexo da vela (linhas azuis finas na figura 1) fica como que aderido a ela, sendo desviado, andando mais rápido do que o ar que passa pelo lado côncavo. Esse fato está associado a uma diferença de pressão entre os dois lados da vela: a pressão no lado convexo é menor do que a pressão do lado côncavo. Isso produz uma força na mesma direção que a força produzida pelo efeito anterior. Esse desvio faz com que quando o ar deixa a vela ele, o ar, esteja se deslocando na direção indicada pela flecha azul na proa do barquinho desenhado na figura 1. O resultado dessas forças é indicado pela flecha vermelha na figura 1. Se esse fosse o único efeito, o barco tenderia a ser arrastado na direção dessa flecha vermelha mais grossa.
Mas isso não é tudo. Os barcos têm uma quilha, que é uma longa peça que se estende na direção do comprimento do barco e fica sob a água. O objetivo da quilha é impedir que o barco se desloque muito rapidamente “para o lado”. Uma pequena velocidade do barco em uma direção perpendicular à quilha dará origem a uma grande força de resistência. Essa força também está indicada por uma flecha vermelha na figura 1.
Assim, há duas forças principais agindo no barco: a força do vento, mais ou menos perpendicular à direção da vela, e a força da água sobre a quilha, também perpendicular a ela. O barco é impulsionado pela resultante dessas duas forças.
A figura 2 mostra a resultante das forças do vento sobre a vela e da água sobre a quilha, indicada por uma das flechas grossas. Como o barco está se deslocando na direção da flecha preta da figura 2, há uma força resistiva na direção oposta à da velocidade por causa da água, uma espécie de força de arrasto que atua sobre o barco. Quando o barco está com velocidade constante, nem acelerando, nem parando, as duas forças são iguais.
    Conclusão: é a combinação das forças do vento na vela e da água na quilha que fazem com que o barco se desloque ao longo da direção popa proa.



Mais rápido do que o vento

    Um veleiro pode andar mais rápido do que o vento que o empurra. Sim. Isso ocorre quando o vento incide lateralmente. Nesse caso, o barco começa a navegar com a vela orientada 45º em relação ao vento, como mostrado na figura 3.


    Quando o barco começa a ganhar velocidade, a orientação da vela vai sendo alterada. Na velocidade máxima, a orientação da vela é aquela mostrada na figura 4.
Vamos, agora, examinar a situação como percebida por alguém que está no barco. O vento vem “da direita”; mas como o barco está indo para a frente, quem estiver no barco sentirá um vento vindo de uma direção intermediários entre a lateral e a proa do barco. Em outras palavras, a velocidade do vento em relação ao barco vem dessa direção: entre a proa e a lateral. Veja a figura 5.

    Na figura 5 está mostrada a velocidade do vento em relação ao barco. Apesar do vento em relação ao barco estar vindo “meio de frente”, como que empurrando o barco para trás, a orientação da vela garante que, apesar disso, haverá uma força sobre a vela que aponta, pelo menos parcialmente, para a frente (ou, em uma linguagem mais precisa, “a força tem uma componente na direção longitudinal do barco”).

    Segundo os navegadores, a vela deve ter uma orientação intermediária entre a direção aparente do vento e a direção do barco. Com isso, velocidades superiores ao do vento podem ser conseguidas Quanto superior, depende certamente do tipo barco, em particular da resistência da água. Muitos veleiros, mesmo não sendo de competição, atingem velocidades 10% ou 20% superiores à do vento. Catamarãs, que podem navegar com apenas uma pequena parte do casco na água e, portanto, sofrem uma força de arrasto pouco intensa, conseguem velocidade próximas ao dobro da velocidade do vento!

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