Comemorem, surfistas: físicos descobriram o que faz uma onda ser perfeita

Surfistas experientes são grandes físicos intuitivos, capazes de detectar as melhores ondas e manipular as várias forças em jogo, já que eles passaram anos desenvolvendo ativamente essas habilidades. Cientistas franceses da Escola Politécnica de Paris construíram seu próprio mini-laboratório de surfe e estão quantificando o que os bons surfistas sabem intuitivamente.

Este trabalho pode levar a melhores modelos de pranchas de surfe, bem como um meio de criar ondas para transporte de cargas em cidades sem portos. A estudante de graduação Eline Dehandschoewercker descreveu o trabalho de pesquisa em uma reunião da Divisão de Dinâmica de Fluidos da Sociedade Americana de Física, em Boston.

Nós já temos uma boa idéia da física básica envolvida no surfe. Você rema para fora da costa, vira a prancha, e flutua um pouco enquanto espera por uma onda decente. Não há aceleração neste ponto, bem como nenhuma força resultante — apenas gravidade e flutuabilidade. Quando uma onda promissora vem, o truque é remar loucamente para coincidir sua velocidade com a dessa onda de entrada; se você não fizer isso, a onda vai simplesmente passar direto. Se você acertar, vai “pegar” a onda para um passeio emocionante até a costa.

Pegar a onda é apenas o primeiro passo, uma vez que uma onda em movimento é a própria definição de uma ladeira escorregadia. Para deslizar sobre ela, um bom surfista deve alternar seu peso para frente e para trás, para ficar perto do centro de massa da prancha. Você também está lidando com a fricção (ou arrasto) ao longo da parte inferior da prancha e com forças hidrodinâmicas (exercidas por um fluido em movimento): a água se move a frente da onda, colide com a prancha, e é desviada ao redor dela, deixando um rastro pronunciado pelo caminho, se o surfista estiver se movendo rápido o suficiente.

Equilibre essas forças concorrentes e você terá um passeio bem sucedido. Caso contrário, a prancha vai tombar ou girar. Se o nariz estiver muito baixo, você será lançado para a frente, possivelmente recebendo um bocado de água salgada; se ele estiver muito alto, você vai perder o impulso e simplesmente parar.

Bons surfistas exploram os mesmos princípios básicos de física das montanhas-russas: eles caem pela face da onda, explorando a gravidade e ganhando energia cinética à medida que perdem altitude. A troca faz com que seja possível usar a energia cinética acumulada para voltar até a crista da onda, onde o ciclo se repete mais uma vez.

Mas a chave é escolher apenas a onda certa. Surfistas ávidos são altamente qualificados em olhar o oceano e identificar ondas promissores para fins de navegação (pelo tamanho e pelo momento em que elas estão propensas a quebrar), bem como estimar a velocidade das ondas pelo tempo que elas levam até atingir o surfista. É tudo muito intuitivo, construído a partir de anos de experiência.

A intuição não é suficiente na ciência. Os investigadores franceses quiseram quantificar as condições ideais para uma onda perfeita de uma maneira mais precisa. Então, eles construíram uma mini-versão de uma praia de Maui em seu laboratório em Paris. (Perguntada se surfa, durante uma conferência de imprensa, Dehandschoewercker brincou: “Todos os dias no laboratório.”)

Dehandschoewercker construiu sua própria versão de uma máquina de geração de ondas para criar ondas de 40 centímetros em um grande tanque. Ela focou em dois tipos: ondas que não quebram são suaves e estáveis, propagando sem deslocar muita energia; ondas que quebram têm declives acentuados e muito deslocamento de energia. O último é ideal para surfistas, pois elas podem tirar vantagem do deslocamento de energia. Para imitar uma prancha de surf, ela usou pequenos pedaços de madeira balsa, anexando sensores ao fundo para medir a força gerada por suas ondulações. Em seguida, ela estudou o comportamento dos blocos de madeira, variando coisas como o comprimento, a largura e como a massa foi distribuída nas placas.

De acordo com Dehandschoewercker, a tradicional intuição do surfe é precisa: a onda perfeita é acentuadamente inclinada — quanto maior a inclinação, mais fácil pegar a onda. Mas a prancha tem que atingir a profundidade correta também, caso contrário não irá acelerar junto com a água em movimento.

Ela reconhece que os pequenos pedaços retangulares de madeira balsa são apenas uma aproximação grosseira; a fase seguinte será a estudar as formas precisas de várias pranchas para determinar o desenho ideal — embora isso dependa, em parte, do surfista. Por exemplo, há geralmente uma compensação em termos de comprimento: você tem mais estabilidade com uma prancha mais longa, sendo ela uma boa escolha para quem está começando. A prancha mais curta dá uma melhor capacidade de manobra, mas é mais difícil de pegar aquela onda inicial, sendo melhor para surfistas mais experientes. Ter uma definição melhor e mais quantificável do que torna uma prancha perfeita deve facilitar a adaptação de pranchas para alguns sufistas.

Seu trabalho também deve se provar útil para cientistas que estudam o comportamento e o movimento de seres vivos que pegam carona em ondas — de golfinhos a plânctons. Mas a aplicação em potencial mais intrigante está em projetar máquinas de onda especiais, capazes de criar ondas com amplitudes e comprimentos certas para transportar cargas até a costa em pranchas gigantes. Estas máquinas podem ser anexadas a embarcações e serem usadas para entregar cargas em áreas sem portos apropriados.

Referência

Dehandschoewercker, E., Quere, D., and Clanet, C. (2015) “Surfboard dynamics,” Presentation R31.10, 68th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics, November 24, 2015.

Imagem do topo: Lilo and Stitch (2002/Disney). Outras imagens: Dehandschoewercker et al.