FÍSICA NA NATAÇÃO CENTRO DE ENSINO SUPERIOR DO AMAPÁ Para ensinarmos à arte de nadar, temos que nos lembrar que alguns indivíduos têm mais facilidade para nadar do que outros. Isso tem algumas implicações, além de fatores sócio-culturais, a genética parece ser determinante para tal fato. Para compreender melhor, é necessário conhecer algumas características do meio líquido que associadas às características individuais do ser humano (genética), influenciam positivamente ou não para o aprendizado da natação. É preciso saber alguns princípios básicos de física aplicados à natação como: A densidade (e a flutuabilidade) A enorme gama de sinais sensoriais inabituais sentidos pelo principiante quando entra na água provém, em primeira instância da característica física que diferencia o meio aquático do aéreo a densidade. De acordo com Carvalho (1994), nem todos os corpos flutuam, porque a sua densidade é superior à do líquido onde está mergulhado. Por exemplo, um quilo de cortiça flutua ao passo que um quilo de chumbo afunda. Isto acontece porque o quilo de cortiça tem menos massa (M) num volume (V) muito maior ( M<V ). Assim, a relação entre a massa e o volume determina a densidade (D=M/V). Sabe-se que a densidade da água é significativamente superior à densidade do ar. Densidade do corpo humano O corpo humano tem como regra geral, uma densidade ligeiramente inferior à da água (D.água > D. corpo humano), pois contém ar, nos pulmões e nas vísceras, assim como gordura. Convém referir, que os alunos obesos têm dificuldades acrescidas para apanharem um objeto no fundo da piscina. Todavia, e para a maioria das pessoas em flutuação dorsal ou ventral, as pernas têm tendência a afundar-se, pela existência de grandes massas musculares, que são mais densas do que a água. Geralmente, as mulheres têm menor densidade corporal que os homens, porque em média, possuem mais gordura corporal, o que lhes facilita a flutuação (Guedes e Guedes,1998). É provável que este acréscimo de flutuabilidade das mulheres seja responsável pelo menor dispêndio energético, para percorrer a mesma distância, isto é, com um custo energético cerca de 30% mais baixo que os homens (McArdle 1998). Por outro lado, o estudo da composição corporal de nadadores de bom nível desportivo em comparação com atletas de outras modalidades, revelou uma maior proporção de tecido adiposo. A densidade do líquido onde o corpo é mergulhado também influi na flutuabilidade dos corpos. Com efeito, o mesmo corpo mergulhado em água doce e em água salgada, flutua mais na água salgada porque esta tem um peso superior, e logo, uma densidade maior do que a água doce. Assim, para o mesmo corpo, o valor do Empuxo nesta água é maior do que na água doce.
O Empuxo e o equilíbrio estático (flutuabilidade) No meio aéreo, o homem responde apenas à força permanente que o prende à terra o Peso. Aqui, em terra, as respostas motoras são programadas apenas em função da força peso, resultante da ação da gravidade sobre a massa do corpo. Diz-se que existe um equilíbrio estático, quando a vertical que passa pelo Centro de Gravidade está sobre a base de sustentação do corpo. Na água, pelo contrário, vamos ter que levar em consideração duas forças, em ação simultânea: o Peso e o Empuxo, de acordo com o Princípio de Arquimedes (Corlett, 1980). Este princípio diz que um corpo mergulhado num líquido sofre da parte desse líquido uma força debaixo para cima igual ao peso do volume de líquido deslocado. É à força de Empuxo. A fim de tornar perceptível este princípio, nos dá base o seguinte exemplo: imagine que temos uma tina totalmente cheia de água (até ao bordo), que por sua vez está dentro de outra tina maior, mas sem água. Com cuidado, mergulhamos um corpo na tina que está cheia de água. Obviamente que esta transborda água para a segunda tina. O volume desta água transbordada tem um determinado peso o peso do volume do líquido deslocado, que dá o valor da força de Empuxo. Para corpos homogêneos e simétricos, os Centros de Gravidade (CG) e Centro da Força de Empuxo (CF) coincidem. Os pontos de aplicação dessas forças podem ser confundidos (Corlett, 1980). O corpo humano não é homogêneo nem simétrico. Então, o CG e o CF praticamente nunca podem ser confundidos. Devido a isto o seu alinhamento pode ser orientado de qualquer maneira (Corlett, 1980). A relação entre a força de Empuxo e o Peso pode ser modificada e correlacionada: 1 Variando as densidades (água e corpo). 2 Modificando as fases respiratórias. 3 Alterando a colocação dos segmentos. 4 Executando ações motoras compensatórias. Se o valor do peso for maior que o da força de Empuxo, o corpo afunda e se for menor o corpo flutua. Dizer que o corpo flutua, não significa que esteja parado (equilíbrio estático). Para que haja equilíbrio estático no meio aquático, é necessário que o corpo flutuante atinja uma dada estabilidade, ou seja, que se constitua num sistema de forças em estado de inter-anulação. Isto se passa quando o CG e o CF estão alinhados na mesma vertical. Quando isto não acontece, uma vez que, como já foi referido, observa-se um sistema de forças de sentido contrário e direção comum, que vai provocar um movimento de rotação. Para um corpo imerso na água e em alinhamento horizontal, a tendência é para o afundamento das pernas. Existem dois processos, através dos quais podemos tentar controlar uma situação deste tipo. 1. Através da respiração, sem alterar significativamente o peso, podemos aumentar substancialmente o volume do corpo. Em apnéia provocamos uma maior força de Empuxo, facilitando a flutuabilidade. Utilizando este processo estamos, no entanto, a favorecer o aparecimento do movimento de rotação, que provoca o afundamento das pernas o Centro da Força de Empuxo (CF) desloca-se mais para cima ficando mais longe do Centro de Gravidade (CG), aumentando assim o movimento de rotação. Neste caso, se deslocarmos os braços em extensão para frente da cabeça restabeleceremos o equilíbrio estático.
2. Pela variação da colocação dos segmentos em relação ao corpo, podemos variar a localização do CG, aproximando-o do CF, encontrando assim uma posição mais estável. Segundo Corlett, 1980, para alcançar esta posição convém procurar a melhor repartição de massas em relação à caixa torácica: a flexão muito pronunciada da cabeça aumentará o volume imerso. A atitude geral ou extensão e sobretudo a hiperextensão dos braços aumentarão o volume geral do corpo e, particularmente, o da caixa torácica. Para que haja flutuação é, portanto necessário que se estabeleça uma relação do tipo: Flutuação = Peso do corpo Peso do Volume de água A capacidade de flutuar de um indivíduo vai então depender do seu Peso Específico (PE). Com a fórmula peso dividido por volume é calculado o peso específico. A água tem o peso específico 1. Se o peso específico de um corpo for inferior ao da água, ele flutuará. Se for superior a 1, ele afundará. Ex: Se você inspirar o ar profundamente, aumentará o volume da sua caixa torácica, como conseqüência seu corpo tenderá a flutuar, ao contrario se expirar o ar profundamente, seu corpo irá afundar. PE = Peso do corpo (P) Volume do Corpo (V) O PE é uma variável que é função, essencialmente, da composição corporal. Como nos refere Counsilman (1984), um nadador, flutua mais do que outro, devido suas naturezas diferentes. Os nadadores diferem na estrutura corporal, tamanho do estrutura ósseo, desenvolvimento muscular, distribuição de peso, quantidades relativas de tecido adiposo, capacidade pulmonar, etc. Todos estes fatores influem na flutuabilidade do indivíduo e na posição em que flutua. Este PE apresenta algumas tendências na sua variação:
Aumenta com a idade. Varia com o sexo. Varia com a raça. Varia com a gordura. Aumenta com hipertrofia muscular. Assim, podemos estabelecer uma relação inversamente proporcional, entre o PE e a Empuxo, da seguinte forma: Quanto maior for o PE, menor será a Empuxo e quanto menor for o PE, maior será a Empuxo (fatores inversamente proporcionais). Mecânica de Nado A água proporciona menor resistência aos esforços propulsivos e maior resistência à progressão dos nadadores (dificuldade maior de performance) Eficiência do nado Objetivo Aumento da força propulsiva e/ou diminuição do arrasto (atrito) Mecânica aprimorada - treinamento para aumento da potência de nado Resistência O meio líquido tem uma resistência. A água exerce um efeito retardador (atrito) muito profundo nos objetos que se deslocam por meio dela. Ela é 1000 vezes mais densa que o ar e, assim, quando o corpo empurra para frente contra ela, ela empurra o corpo para trás. O termo usado para denominar a resistência da água aos movimentos do nadador é a FORCA DE ARRASTO. O nadador precisa sentir com os braços e com as pernas essa resistência da água, pois de velocidade na água pode ser conseguido ou por um aumento da força propulsiva ou pela redução do arrasto resistivo.
Ex: Suponha que um nadador aplicou, em média um força propulsiva de 15Kg a cada braçada nadada na piscina. Suponha também que o corpo encontrou, em média, um arrasto de 10Kg. Sua força propulsiva por braçada seria, então, de 5Kg. Efeitos do aumento da força propulsiva e da redução do arrasto sobre a propulsão (desempenho) (FP) 20kg - (AR) 10kg=FR10kg Força propulsiva aplicada - Força de arrasto resistivo = Força propulsiva resultante Características do Fluxo da água A água consiste de moléculas de hidrogênio e oxigênio que tendem a flutuar em correntes regulares e continuas até que encontram algum objeto sólido que interrompe seu movimento. Essas correntes são compactadas uma sobre as outras, surgindo, assim, a expressão fluxo laminar. Diz-se que a água tornou-se turbulenta quando esse fluxo contínuo é interrompido. As moléculas de água separam-se de suas correntes laminares, repicando uma nas outras em direções aleatórias. O fluxo laminar é o que oferece menor resistência associada ao seu movimento porque as moléculas estão se deslocando em uma mesma direção e em velocidade constante. Fluxo laminar correntes compactadas umas sobre as outras menor resistência ao movimento moléculas de H2O mesma direção e velocidade constante. Água turbulenta fluxo contínuo interrompido (moléculas de H 2 O repicando aleatoriamente) Fluxo turbulento maior resistência ao movimento moléculas de H2O em forma circular e rápida (diferencial de pressão = retardo na velocidade de progressão) O Arrasto é proporcional à quantidade de turbulência Fatores associados aos nadadores e que geram turbulência - Forma em que os nadadores se apresentam à água - Orientação do seu corpo na água - Velocidade de movimento (fricção e turbulência aumentados) Tipos de Arrasto Arrasto de forma - causado pelo porte e forma dos corpos dos nadadores. Arrasto de onda - causada pelas ondas que são geradas pelos nadadores (técnica do nado Nado peito 30% mais lento). Arrasto friccional ou superficial - causado pela fricção entre a pele e as moléculas de água que entram em contato com a pele (Superfícies lisas - Fricção - Raspagem do corpo) Propulsão Teorias das Forças Propulsivas
Roda de Pá Rotação completa dos braços. Teoria de Empurrar direto para trás para ir para frente (Cousilman,1984) - 3ª lei de Newton para cada ação existe uma reação igual e oposta Teoria do movimento sinuoso para trás - Necessidade de menor força para aceleração da água para trás - A força propulsiva pode ser aplicada ao longo de maior distância Teorias da força de sustentação da propulsão (Cousilman, 1984) Teorema de Bernoulli movimentos de mãos geravam força de sustentação (a pressão á mais baixa, quando a velocidade do fluído é rápida). Aspectos fundamentais da propulsão As quatro varreduras na natação peito. Varredura para fora durante a parte submersa da braçada, movimento inicial nos nados borboleta e Varredura para baixo durante a parte submersa da braçada, movimento inicial nos nados crawl e costas. Varredura para dentro o segundo movimento usado em todos os estilos de competição. Varredura para cima movimento final nos nados crawl e borboleta. REFERÊNCIAS GUEDES, Dartagnan Pinto e GUEDES, Joana Elizabete Ribeiro Pinto. Controle do peso corporal: composição corporal, atividade física e nutrição. Londrina. PR: Editora Midiograf.. 1998. McARDLE, W. D; KATCH, F. I; KATCH, V. L. Fisiologia do Exercício Energia, Nutrição e Desempenho Humano. Avaliação da Composição Corporal, 4ª ed., p. 513-547, 1998. Corlett, G. Swimming Teaching. Theory and Practice. Kaye y Ward. London, (1980).
Counsilman, J.E. The application of Bernoulliís Principle to Human Propulsion in Water. In L. Lewillie and J. Clarys (Eds.), First International Symposium on Biomechanics of Swimming (pp.59-71).universite Libre de Bruxelles, Brussels, Belgium, (1984).