Como um barco a vela pode andar contra o vento e mesmo 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.

Um primeiro ponto a considerar é que um veleiro tem uma placa vertical, orientada segundo sua direção, que fica submersa. Essa placa, chamada de bolina no Brasil e patilhão em Portugal, tem por finalidade impedir que o veleiro ande lateralmente. Claro que para realmente impedir um movimento lateral, essa peça deveria ser enormemente grande. Entretanto, na prática, podemos desconsiderar movimentos laterais e supor que veleiros só possam andar ao longo da direção longitudinal. (A figura abaixo mostra, à esquerda, um veleiro com sua bolina.)

A mesma figura mostra, à direita, um veleiro simplificado – com apenas uma vela – visto de cima. As flechas em preto ilustram o efeito do vento, que incide sobre a vela, é desviado por esta e se afasta. Como o vento é desviado porque a vela exerce uma força sobre o ar, este, o ar, exerce uma força sobre a vela, mas de sentido oposto. Essa força é representada pela flecha azul na figura.

A força exercida sobre a vela pelo ar, ao ser desviado, tem uma componente ao longo da orientação do barco, representada pela flecha vermelha. Essa componente da força empurra o barco para frente. A componente da força lateral, perpendicular à orientação do barco, não tem um efeito significativo, pois a bolina impede (ou, pelo menos, dificulta muito) o movimento lateral.

A velocidade do vento, representada na figura 1 com as flechas em preto, é a velocidade em relação ao barco. Se o barco da figura estiver parado, o vento está quase de frente. Ainda assim, haverá uma força empurrando o barco para frente. Se o barco estiver andando, ocorre o mesmo: ele é empurrado para frente pelo vento.

         Além de poder andar quase totalmente contra o vento, um veleiro também pode andar mais rápido do que o vento que o empurra. E isso não ocorre quando o vento incide de trás, ou melhor, pela popa. Veja a figura 2. À esquerda está um barco inicialmente parado, recebendo um vento lateral e com a vela orientada segundo um ângulo de 45º em relação à direção do barco. Quando o vento é desviado, ele exerce uma força sobre a vela, representada pela flecha azul, e o barco começa a andar. Na medida em que o barco ganha velocidade, quem está dentro dele começa a sentir um vento vindo não exatamente de lado, mas, sim, parcialmente de frente; afinal, o barco está se deslocando. Com essa mudança da velocidade do vento em relação ao barco, a vela precisa ser alinhada cada vez mais com o barco. Usualmente, uma boa escolha na direção da vela é formando um ângulo intermediário em relação ao vento aparente e a direção que o barco se desloca. Isso é mostrado no desenho à direita da figura 2, igual ao desenho já mostrado na figura anterior.
          Esteja o barco parado ou andando, a força provocada pelo vento sobre a vela tem uma componente ao longo da direção do barco, desde que a vela esteja adequadamente orientada.

         O esquema descrito está bem simplificado, mas contém os principais aspectos que permitem entender como um barco pode andar em um sentido quase oposto ao do vento. Em qualquer situação descrita, há sempre uma componente da força sobre a vela na direção que o barco está se deslocando. Enquanto essa componente da força for maior do que a força de resistência criada pela água, o barco ganha velocidade.
Para ver um livro sobre física e esportes, clique aqui

Navegando mais rápido do que o vento

Como a força de resistência da água cresce na medida em que o barco ganha velocidade, em algum momento ela se torna igual à força com que o vento empurra o barco para frente; nesse momento, o barco não mais ganha velocidade. Isso pode acontecer quando o barco já está mais rápido do que o vento; para tal, basta que a vela seja bem grande e a resistência da água seja pequena. Este último caso, baixa resistência da água, é conseguida quando o barco tem lâminas sob a água que, como asas ou aerofólios – por isso chamadas de hidrofólios –, levantam o barco, tirando o casco da água. Isso faz com que a força de resistência da água seja bem reduzida. Note que quanto menor a força de resistência que segura o barco, maior será a velocidade máxima.

Veleiros que usam esse equipamento podem atingir velocidades cerca de uma vez e meia a velocidade do vento. No caso de catamarãs de altíssimo desempenho, usado em competições, alguns recordes registram velocidades até duas vezes maior do que a do vento.

         Há um tipo de veículo, uma espécie de barco à vela, com patins adequados para andar sobre o gelo. Como sobre o gelo a resistência ao movimento é muito baixa, há registros de velocidades até dez vezes maiores do que o vento! Os recordes de velocidade desse tipo de bote superam os 200 km/h.