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Os esportes exercem grande fascínio na maior parte dos jovens, seja por meio da sua prática direta ou da participação como torcedores. Portanto, realçar as relações significativas entre a física e os esportes tem um grande potencial pedagógico.

A dinâmica dos movimentos dos atletas; a evolução dos materiais utilizados para produzir equipamentos e vestimentas ou alguns conceitos físicos básicos – como distância percorrida, velocidade média, atrito etc – são exemplos do que poderia ser abordado no ensino básico, abrindo a possibilidade para o desenvolvimento de projetos interdisciplinares, principalmente com os professores de educação física.

Pensando nisso, Rosana B. Santiago e José Carlos Martins, do Instituto de Física da Universidade do Estado do Rio de Janeiro, UERJ, escreveram o artigo “A interpretação física de um golpe de karatê”, publicado na revista Física na Escola, v. 10, n. 2, 2009. Nesse texto, os autores apresentam um modelo físico desenvolvido para o golpe chamado Gyaku-zuki, em que movimentos do quadril, do braço e do punho do karateca resultam em uma manobra parecida com um soco.

Para a execução do golpe Gyaku-zuki, a mão que golpeia deve iniciar seu movimento na lateral do corpo, entre o quadril e as costelas (veja figura abaixo), com a parte que corresponde à palma da mão voltada para cima e o braço rotacionado na sua distância máxima.

O Gyaku-zuki: a) posição inicial do golpe; b) giro do quadril acompanhado da distensão do braço.

O movimento do golpe inicia-se com a rotação do quadril, acompanhada pelo punho junto a ele; durante esse movimento, as pernas permanecem abertas e fixas no mesmo ponto. Ao término da rotação, a alavanca do ombro é acionada, o braço é estendido lançando um soco que atravessa uma linha reta para frente até atingir o alvo, com o cotovelo seguindo praticamente a mesma linha do punho. No final do movimento, o punho faz uma rotação para que palma da mão fique voltada para baixo.

Assim, dependendo da rotação dos quadris, o movimento das extremidades do corpo pode ser maior ou menor, o que influencia na eficácia do golpe. A pergunta proposta pelos autores do artigo é: qual é a força final que o braço de um karateca faz ao colidir com o alvo?

Para entender a física envolvida no golpe, os autores dividiram o Gyaku-zuki em dois estágios: 1) o giro do quadril, com o braço direito rente à cintura acompanhando o movimento; 2) o lançamento do braço horizontalmente para frente até atingir o alvo.

O modelo físico proposto usa os resultados de um trabalho experimental sobre o deslocamento da mão em função do tempo em um soco do kung-fu que não usa o quadril para lançar o braço, ou seja, o que corresponde apenas ao 2º estágio do Gyaku-zuki. Os autores também usaram uma câmera rápida que registra imagens em intervalos de 0,005 s, confirmando que a força muscular do soco é constante durante o movimento e que a resistência do ar pode ser desprezada.

A partir de uma análise biomecânica associada ao primeiro estágio do Gyaku-zuki, observou-se que os quadris executam uma rotação tendo como centro o ponto de interseção dos eixos principais do corpo do atleta. Para fins práticos, pode-se supor que o giro executado descreve um movimento circular uniforme, MCU. Portanto, ao ser lançado, o braço não sai do repouso, mas com a mesma velocidade da trajetória circular que o conjunto quadril-braço apresenta.

Para interpretar o segundo estágio do golpe, os professores da UERJ basearam-se no trabalho sobre o soco do kung-fu, em que um gráfico de deslocamento em função do tempo confirma que o movimento descrito é um movimento uniformemente variado, MUV – a diferença básica entre os dois golpes é que enquanto no caso do golpe de kung-fu o braço parte do repouso, no Gyaku-zuki ele tem velocidade inicial não nula.

Assim, em ambos os golpes o deslocamento total associado ao movimento deve ser igual ao tamanho do braço do atleta. Considerando que o atleta que executa o golpe do kung-fu e o karateca têm braços de mesmo tamanho e que ambos os distendem com a mesma aceleração, é possível igualar as funções horárias desses dois golpes (no caso do karatê, somente o 2° estágio) tomando como referência a posição final. Isso dá a velocidade inicial, v _o, do soco do karatê, em função da aceleração, a, e de t ₁ e t ₂ , que são, respectivamente, os tempos de distensão do braço no kung-fu e no karatê.

A força final do Gyaku-zuki é a soma das forças – colineares no instante do golpe – feitas no primeiro e no segundo estágio, ou seja, a força do quadril mais a força do braço. Sabendo que o movimento do braço é um MUV, então a força associada a esse estágio é constante e dada pelo produto da massa do braço pela sua aceleração.

Pode-se admitir que a força que o quadril faz é a própria força centrípeta, |F _quadril| = m·v ² / R, onde m é a massa do tronco de um ser humano, que corresponde a 46,10% da sua massa total, e R o raio deste tronco (considerando uma circunferência perfeita).

A análise dos dados obtidos leva à conclusão de que quando o golpe parte do repouso, a força final vale aproximadamente 1000 N, correspondendo a um tempo de distensão do braço do atleta próximo de 0,08 s. Para produzir uma força de 2000 N, o atleta precisa diminuir esse tempo em torno de 0,02 s. Embora pareça um intervalo de tempo irrelevante, para efeitos de melhoria de resposta do corpo humano é um valor considerável. Portanto, o giro do quadril no golpe do Gyaku-zuki facilita a diminuição desse tempo na medida em que introduz a velocidade inicial no MUV.

Já no processo de indução, exige-se um material condutor pra ser utilizado como induzido.
Na eletrização por contato, é necessário que pelo menos um dos dois seja condutor de eletricidade. Isto porque otimiza a distribuição das cargas pelo respectivo corpo. Portanto, a eletrização é máxima se os dois materiais envolvidos são condutores, pois as cargas vão fluindo até atingir um equilíbrio eletrostático.

A série triboelétrica foi criada pra classificar os materiais que se eletrizam por atrito, quanto à facilidade de trocarem cargas elétricas. Série triboelétrica é portanto o termo utilizado para designar uma listagem de materiais em ordem crescente quanto à possibilidade de perder elétrons. Ou seja, quanto maior a facilidade em adquirir cargas positivas, mais alta é a posição que ocupa na tabela. É o caso do atrito entre lã e PVC. Deste modo, foram classificados conforme o quadro abaixo.

Nota-se então que a otimização na transferência de cargas elétricas acontece quando são atritados corpos dos extremos do quadro. Ou seja, quando são atritados aquele que ocupa a posição mais alta da quadro com o que ocupa a posição mais baixa da tabela. Isto é uma consequência da conservação das cargas elétricas, pois os elétrons perdidos pelos corpos do topo do quadro são absorvidos pelos corpos da posição mais baixa da tabela. O atrito de um corpo com o vizinho imediatamente abaixo ou imediatamente acima, segundo esta classificação, é menos favorável à troca de elétrons.

Fonte:

LUZ, Antônio Máximo Ribeiro da, ALVARENGA, Beatriz, Física: Volume único, São Paulo: Scipione, 2003.

Série triboelétrica – laboratório de Física III – UNESP. Disponível em:
(http://www.dfq.feis.unesp.br/docentes/MarceloII/01-Eletrostatica.pdf)