Explicação sobre mergulhos de barriga: a física por detrás da dolorosa “chapa”

O contraste da sensação entre um mergulho de barriga e um mergulho normal é desconcertante, uma vez que a água é normalmente convidativa e refrescante.

Porque é que os mergulhos de barriga doem?

No caso de um impacto súbito com uma superfície sólida, como o chão, uma pessoa pode sentir claramente a força de reação, que pode resultar em ossos partidos. No entanto, a água comporta-se de forma diferente, uma vez que sai do caminho quando uma pessoa entra nela. A força exercida pela água depende de fatores como a altura da queda, o peso da pessoa e a área de contacto.

Numa cambalhota, todo o corpo entra em contacto com a água num curto espaço de tempo, o que faz com que uma maior área de superfície entre em contacto com a água. Isto leva a que mais água seja rapidamente deslocada, causando uma maior força de reação.

A experiência é semelhante à de bater numa superfície sólida, fazendo com que a água pareça betão e causando frequentemente nódoas negras.

A tensão superficial também desempenha um papel importante quando se entra na água, uma vez que é mais difícil quebrar a tensão superficial da água do que mover-se dentro da água depois de estar submerso. Nas competições de mergulho, são utilizados aeradores para criar bolhas que quebram a tensão superficial e protegem os mergulhadores.

Quanto maior for a área de superfície do corpo de uma pessoa a bater na água, como numa cambalhota, mais resistência a água oferece, fazendo com que, por breves instantes, pareça quase incompressível quando a pessoa entra na água.

Importância dos mergulhos de barriga para a engenharia

Daniel Harris, um professor da Universidade de Brown, explica a importância da razão pela qual os mergulhos de barriga doem, discutindo a física da passagem do ar para a água. Esta compreensão é importante para a engenharia lidar com forças de alto impacto do ar para a água em aplicações navais e marítimas.

Para aprofundar o fenómeno, Harris e a sua equipa colaboraram com investigadores do Naval Undersea Warfare Center e da Brigham Young University. Realizaram um estudo utilizando uma experiência aquática modificada semelhante a um mergulho de barriga, empregando um cilindro sem corte com vibração adicional.

Esta experiência desafiou o pensamento convencional de que a maioria dos estudos envolve corpos rígidos em contacto com a água, onde a forma permanece inalterada após o impacto. A equipa explorou a forma como a dinâmica e as forças se alteram quando objetos flexíveis se deformam com o impacto.

Fixaram um "nariz" macio ao seu cilindro com molas flexíveis, semelhante ao sistema de suspensão de um automóvel, para distribuir a força de impacto durante um período mais longo.

Inesperadamente, os resultados revelaram que, embora a estratégia pudesse ser eficaz, não suavizava o impacto de forma consistente. Em alguns casos, o sistema flexível amplificou a força máxima de impacto em comparação com uma estrutura rígida, principalmente devido às vibrações.

Os investigadores concluíram que a suavidade das molas é fundamental, exigindo um equilíbrio para absorver o impacto sem aumentar as vibrações. Esta descoberta abre caminho a futuras investigações inspiradas nas aves mergulhadoras para conceber pêndulos robóticos que possam executar manobras ativas durante a entrada na água, atenuando potencialmente as forças elevadas das estruturas rígidas.