A Física nos esportes (I)

Quantidade de movimento e impulso de uma força

Quando um jogador vai bater um pênalti, ele se afasta da bola e corre aproximando-se dela.

A bola que estava em repouso adquire, imediatamente após ao chute, uma velocidade de módulo muito maior do que o módulo da velocidade que o pé possuía, imediatamente antes do chute.

A quantidade de movimento do pé transferiu-se total ou parcialmente para a bola. A quantidade de movimento de um corpo é uma grandeza vetorial definida pelo produto da massa m de um corpo pela velocidade vetorial v que ele possui, num certo instante:

                             
Observe que o pé ao colidir com a bola aplica uma força F durante um intervalo de tempo Δt. Dizemos, neste caso, que o pé aplica na bola um impulso dado I por: 

Esta definição aplica-se quando a força F é constante ou quando é a força media de uma força de intensidade variável. 

As grandezas, quantidade de movimento e impulso se relacionam: a variação da quantidade de movimento ΔQ (ΔQ = m.v_final - m.v_inicial), num certo intervalo de tempo é igual ao impulso da força resultante, no mesmo intervalo de tempo:

Note que para a mesma variação da quantidade de movimento, quanto menor o intervalo de tempo Δt maior é a intensidade da força F e vice-versa: quanto maior o intervalo de tempo Δt menor é a intensidade da força F.

Imagine um carro de corrida colidindo com um muro de concreto. A força de impacto é muito intensa e o intervalo de tempo de impacto é pequeno. Se o muro estiver protegido por uma barreira de pneus, o intervalo de tempo de impacto seria maior e menor seria a intensidade da força de impacto, para a mesma variação da quantidade de movimento.

Verifica-se uma situação semelhante quando um carro freia bruscamente. A existência do airbag aumenta o intervalo de tempo de contato e diminui a intensidade da força de impacto.

Ao pular para atingir certa altura, um atleta exerce no solo uma força de direção vertical e de sentido para baixo. O solo exerce no atleta uma outra força de mesma direção, mesma intensidade e sentido oposto, de acordo com o princípio da ação e reação (terceira lei de Newton). Ao retornar, o atleta não mantém as pernas estendidas quando atinge o solo, mas as flexiona durante a colisão, para aumentar o intervalo de tempo de contato com o solo e diminuir a intensidade da força de impacto.

Você já deve ter observado lutadores de caratê quebrando uma tábua grossa ou uma pilha de tijolos com um golpe rápido. Como o intervalo de tempo em que ocorre o golpe é extremamente pequeno, a força de impacto é muito intensa.

O movimento do centro de massa
                        
Quando um corpo qualquer é lançado obliquamente nas proximidades da superfície terrestre, embora seus pontos descrevam um movimento complexo, o centro de massa desloca-se como se fosse um ponto material de massa igual à massa total do corpo e submetido ao peso total deste. Assim, o centro de massa descreve uma trajetória parabólica.

O movimento do centro de massa de um corpo somente se altera se houver forças externas agindo sobre esse corpo.

Portanto, as forças internas não alteram o movimento do centro de massa.

Assim, ao pular de um trampolim, realizando um salto ornamental, o atleta movimenta seus braços, pernas e cabeça, alterando a posição do seu corpo de modo a realizar diversas acrobacias. Entretanto, as forças responsáveis por essa alteração são internas e não modificam o movimento do centro de massa, que descreve uma trajetória parabólica em relação à Terra.

 UFRN - 2013

O mesmo acontece quando uma pessoa pula verticalmente. Ao sair do chão, ela fica somente sob a ação de seu peso. Qualquer movimentação de braços, pernas e cabeça que a pessoa faça, durante seu percurso, altera a posição do seu centro de massa, mas não altera seu movimento vertical nem a altura máxima que esse centro irá atingir.

Note as posições do centro de massa quando uma pessoa ergue um braço e quando ergue os dois.

Ao saltar com um braço erguido, um atleta atinge uma altura maior do que com os dois. Isso porque o centro de massa deve atingir a mesma altura máxima. Estamos considerando que o impulso que o chão aplica no atleta é o mesmo nos dois casos.

No atleta é o mesmo nos dois casos. É por isso que, num jogo de vôlei, o atleta ergue um só braço para “cortar” as bolas altas. Ao bloquear, o atleta ergue os dois braços para aumentar a área de bloqueio, embora atinja altura menor. 

Fontes:
Os fundamentos da Física. Editora Moderna Volume 1;  
Física Ciência e Tecnologia. Editora Moderna. Volume 1