Olha só esse físico: as energias por trás do arco e flecha!
A prática do tiro com arco encontra-se dentre as mais antigas artes da quais se tem registro. Acredita-se que os egípcios consistiram na primeira civilização a desenvolver arcos (confeccionados em madeira) e flechas, utilizando-os como armas em contextos como a caça e a guerra.
Em minhas últimas férias - isto é, em julho deste ano -, decidi ler o sétimo livro desta coleção, o qual é intitulado "Resgate de Erak". Com efeito, no decorrer de minha leitura, percebi que, ao descrever os momentos em que os arqueiros preparavam-se para atirar, o autor empregava diversos termos típicos da mecânica clássica, tais como "a tensão na corda", "impulso", "velocidade", "trajetória da seta", "curvatura do arco", dentre vários outros. Diante disso, decidi pesquisar acerca das técnicas que circundam a prática do tiro com arco e, com isso, cheguei a uma interessante conclusão: é pura física! 
O outro tipo de energia potencial - o qual, inclusive, está por trás do "funcionamento" do arco e flecha - é a energia potencial elástica (
). De modo análogo a energia potencial gravitacional, esta representa a tendência da força elástica atrelada a uma determinada mola - ou corpos que apresentem propriedades elásticas - a realizar trabalho.
O princípio da conservação da energia mecânica e a aquisição de movimento pela flecha
Esta publicação se baseou em informações retiradas das seguintes fontes:
Talvez em razão da grande eficiência e praticidade do tiro com arco e flecha - o qual permite, mediante a utilização de um instrumento leve e compacto, atingir alvos que se encontram a grandes distâncias -, semelhante atividade perpetuou-se em diversas civilizações no decorrer da história.
Em virtude disso, citações a "arqueiros medievais" são deveras comuns em filmes temáticos, jogos (principalmente do gênero RPG), e, inclusive, em livros, como é o caso da série "Rangers: ordem dos arqueiros", escrita por John Flanagan. Nela, é possível acompanhar as diversas aventuras vivenciadas por Will, um garoto aparentemente frágil que, após não ser aceito na "Escola da Guerra", é escolhido para fazer parte da misteriosa "Ordem dos Arqueiros" do reino de Araluen.
Em minhas últimas férias - isto é, em julho deste ano -, decidi ler o sétimo livro desta coleção, o qual é intitulado "Resgate de Erak". Com efeito, no decorrer de minha leitura, percebi que, ao descrever os momentos em que os arqueiros preparavam-se para atirar, o autor empregava diversos termos típicos da mecânica clássica, tais como "a tensão na corda", "impulso", "velocidade", "trajetória da seta", "curvatura do arco", dentre vários outros. Diante disso, decidi pesquisar acerca das técnicas que circundam a prática do tiro com arco e, com isso, cheguei a uma interessante conclusão: é pura física!
Tendo isso em vista, a publicação desta semana abordará os principais conceitos físicos que estão por trás da dinâmica do tiro com arco 🎯
A energia potencial e suas duas "máscaras"
A fim de compreendermos como a flecha pode ser lançada a altíssimas velocidades por um arco, é interessante relembrarmos - ou, talvez, aprendermos - o conceito de energia potencial. Para isso, proponho, inicialmente, a análise do significado do adjetivo "potencial", fornecido pelo dicionário online Dicio:
Sendo assim, algo "em potencial" apresenta uma certa possibilidade de se concretizar. Por exemplo, um "físico em potencial" poderia corresponder a um aluno do ensino médio que se interesse bastante por ciências e que, portanto, apresenta grandes chances de, no futuro, cursar uma faculdade de física!
A mesma lógica pode ser aplicada ao conceito de energia: energia potencial pode ser definida enquanto um tipo de energia que pode ser armazenada em um determinado corpo, a depender de seu estado - isto é, sua posição e as interações que este desempenha com o ambiente ao seu redor.
Sendo assim, vamos começar a entender um dos tipos de energia potencial: a energia potencial gravitacional (
), que, por sua vez, representa a tendência que a força peso de um determinado corpo tem de realizar trabalho, em função da posição desse em um campo gravitacional qualquer.
Ao analisar-se o movimento de queda de um objeto, está associado à tendência que esse tem a cair. Seu valor, contudo, depende diretamente do referencial adotado para a análise de cada situação. Assim, definindo-se o referencial como sendo o "chão" do evento em estudo, quanto maior a altura na qual um deles se encontra, maior sua tendência a cair, bem como de sua força peso, que o "empurra para baixo", realizar trabalho: uma ação capaz de alterar o estado de movimento de um corpo. Tendo-se isso em vista, conclui-se que objetos que se encontram mais perto da origem do referencial adotado, apresentarão uma energia potencial gravitacional, em módulo - ou seja, ignorando-se se o valor desta é positivo ou negativo -, menor do que aquela correspondente aos objetos que se encontram mais afastados desse referencial.
A força elástica citada acima consiste em uma força de restauração exercida pela mola a fim de readquirir seu comprimento natural. Ao comprimirmos uma mola com nossos dedos, sentiremos neles a ação de uma força restauradora, cujos efeitos tem o intuito de fazê-los se abrirem, permitindo, assim, que a mola se "estique" até voltar ao seu comprimento natural. Uma situação parecida será observada caso estiquemos a mola, com a diferença de que a força restauradora tentará fazer com que os nossos dedos se fechem. Em ambos os casos, tal força restauradora realizará trabalho, o qual, por sua vez, está relacionado a uma energia potencial elástica.
Tais constatações podem ser testadas no simulador abaixo. Para isso, selecione a opção "Energy" e tente contrair e esticar a mola. Perceba que, ao tirá-la de sua posição de equilíbrio, você observará o aumento da energia potencial elástica - representada pela barra azul no gráfico de "Potential Energy" ("Energia Potencial"). Além disso, o instrumento vermelho preso à mola é chamado de dinamômetro, sendo utilizado para medir a força necessária para que o sistema se mantenha em equilíbrio mecânico.
O princípio da conservação da energia mecânica e a aquisição de movimento pela flecha
Você provavelmente já deve ter escutado, ou lido, a seguinte frase: "Na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma". Tal, atribuída à Lei da Conservação das Massas enunciada por Lavoisier, também pode ser aplicada à energia, a qual não pode ser "perdida" ou "criada", mas apenas "transformada". Dessa constatação, sendo 
a energia mecânica total de um sistema físico, quando em um "estado 1", e 
energia mecânica desse quando em um "estado 2", conclui-se que:
Onde U corresponde à energia potencial (gravitacional e/ou elástica) e K, à energia cinética - em inglês, kinetic energy -, que se relaciona ao movimento do corpo ao qual está associada, aumentando conforme a velocidade deste também aumenta.
Quando um arqueiro estica a corda na qual a parte posterior da flecha está acoplada, este faz com que o arco se comporte como uma espécie de "mola". Neste caso, o arco estará sendo "comprimido", uma vez que sua curvatura torna-se mais proeminente. Em virtude disso, o arco passa, também, a armazenar energia potencial elástica, uma vez que tende a retornar ao seu "estado natural", ou seja, a apresentar uma curvatura mais suave.
Sendo assim, quando o arqueiro solta a corda, a força restauradora exercida pelo arco faz com que este volte ao seu estado "natural", de modo que não há mais energia potencial elástica. Contudo, do princípio da conservação da energia cinética, sabe-se que semelhante energia não pode simplesmente ser "perdida". Diante disso, surge a seguinte pergunta: no que ela se transforma?
A resposta pode ser facilmente deduzida a partir da análise da equação indicada acima: a energia potencial elástica é convertida em energia cinética, a qual é, justamente, a grande responsável pelo fato de a flecha adquirir velocidade e, portanto, adquirir movimento!
Sendo assim, quando o arqueiro solta a corda, a força restauradora exercida pelo arco faz com que este volte ao seu estado "natural", de modo que não há mais energia potencial elástica. Contudo, do princípio da conservação da energia cinética, sabe-se que semelhante energia não pode simplesmente ser "perdida". Diante disso, surge a seguinte pergunta: no que ela se transforma?
A resposta pode ser facilmente deduzida a partir da análise da equação indicada acima: a energia potencial elástica é convertida em energia cinética, a qual é, justamente, a grande responsável pelo fato de a flecha adquirir velocidade e, portanto, adquirir movimento!
Parabéns por trazer a Física ao esporte! A energia potencial é uma grandeza relativa, isto é, a gente decide onde definir seu valor nulo, o importante é sua variação.
ResponderExcluirMuito obrigada pelo aviso!
ResponderExcluirVou corrigir o texto.