O que as ginastas olímpicas e as nuvens formadoras de estrelas têm em comum?
Quando os atletas olímpicos realizam feitos impressionantes de proeza atlética, eles estão usando os mesmos princípios da física que deram origem às estrelas e planetas.
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Principais conclusões
- Grande parte da beleza da ginástica vem do princípio da física chamado de conservação do momento angular.
- A conservação do momento angular nos diz que quando um objeto giratório muda a forma como sua matéria é distribuída, ele muda sua taxa de rotação.
- A conservação do momento angular liga a formação de planetas em nuvens formadoras de estrelas à beleza do desmonte giratório de um ginasta das barras irregulares.
É novamente aquela época em que assistimos com admiração os atletas olímpicos realizarem feitos deslumbrantes de proeza atlética. Mas enquanto observamos com muita atenção a velocidade, graça e força que eles exibem, também é um bom momento para prestar atenção em como eles incorporam, literalmente, os princípios fundamentais que moldam todo o universo. Sim, estou falando de física. Em nossas telas, esses atletas estão nos dando lições sobre os princípios que gigantes como Isaac Newton lutaram muito para articular.
Naturalmente, existem muitos eventos olímpicos com os quais podemos aprender alguns princípios básicos da física. A natação nos mostra o arrasto hidrodinâmico. O boxe nos ensina sobre força e impulso. (Ai!) Mas hoje, vamos nos concentrar na ginástica e na importância cósmica da conservação do momento angular.
A conservação do momento angular
Grande parte da beleza da ginástica vem dos giros e giros que os atletas executam quando se lançam no ar a partir do salto ou das barras assimétricas. Todos esses são exemplos de rotações – e muito da estrutura e história do universo, de planetas a galáxias, se resume à física de objetos em rotação. E muito da física dos objetos em rotação se resume à conservação do momento angular.
Vamos começar com a conservação do momento regular ou linear. A quantidade de movimento é o produto da massa pela velocidade. Na era de Galileu e Newton, os físicos entenderam que nas interações entre os corpos, a soma de seus momentos tinha que ser conservada (o que realmente significa que não muda). Esta é uma ideia familiar para qualquer um que tenha jogado bilhar: quando uma bola de bilhar em movimento atinge uma parada, a primeira bola para enquanto a segunda se afasta. A quantidade de movimento total do sistema (a massa vezes a velocidade de ambas as bolas juntas) é conservada, deixando a bola originalmente em movimento imóvel e a bola originalmente estacionária carregando todo o momento do sistema.
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Objetos em rotação também obedecem a uma lei de conservação, mas agora não é apenas a massa de um objeto que importa. A distribuição de massa - isto é, onde a massa está localizada em relação ao centro da rotação - também é um fator. A conservação do momento angular nos diz que se um objeto giratório não está sujeito a nenhuma força, então qualquer mudança na forma como sua matéria é distribuída deve levar a uma mudança em sua taxa de rotação. Comparando a conservação do momento angular com a conservação do momento linear, a distribuição da massa é análoga à massa, e a taxa de rotação é análoga à velocidade.
Há muitos lugares na física cósmica onde esta conservação do momento angular é fundamental. Meu exemplo favorito é a formação de estrelas. Cada estrela começa sua vida como uma nuvem gigante de gás interestelar girando lentamente. As nuvens geralmente são suportadas contra seu próprio peso gravitacional pela pressão do gás, mas às vezes um pequeno empurrão de, digamos, uma onda de explosão de supernova que passa, forçará a nuvem a iniciar o colapso gravitacional. À medida que a nuvem começa a encolher, a conservação do momento angular força a velocidade de rotação do material na nuvem a acelerar. À medida que o material está caindo para dentro, ele também gira em torno do centro da nuvem a taxas cada vez mais altas. Eventualmente, parte desse gás está indo tão rápido que um equilíbrio entre a gravidade da estrela recém-formada e o que é chamado de força centrífuga é alcançado. Esse material então para de se mover para dentro e entra em órbita ao redor da jovem estrela, formando um disco, algum material do qual eventualmente se torna planetas. Então, a conservação do momento angular é, literalmente, o motivo de termos planetas no universo!
Ginástica, um esporte cósmico
Como isso aparece na ginástica? Quando os atletas se lançam no ar para realizar um salto, a única força que atua sobre eles é a gravidade. Mas como a gravidade afeta apenas seu centro de massa, ela não pode aplicar forças de maneira a alterar o giro do atleta. Mas os ginastas podem fazer isso por si mesmos usando a conservação do momento angular.
Ao mudar a forma como sua massa é organizada, os ginastas podem mudar a velocidade com que giram. Você pode ver isso na fase de desmontagem das competições de barras assimétricas. Quando um ginasta sai das barras e faz um flip dobrando as pernas para dentro, ele pode aumentar rapidamente sua taxa de rotação no ar. O aumento súbito e dramático na velocidade de seu flip é o que nos faz suspirar de espanto. É assustador e um belo testemunho da capacidade dos atletas de controlar intuitivamente a física de seus corpos. E também é exatamente a mesma física que controla o nascimento dos planetas.
Como acima assim abaixo, vai o velho ditado. Você deve ter isso em mente enquanto assiste à glória que são as Olimpíadas. Isso porque não são apenas os atletas que têm essa compreensão intuitiva da física. Todos nós o temos e o usamos todos os dias, desde descer as escadas até balançar um martelo. Portanto, não é exagero afirmar que o primeiro lugar em que chegamos a entender os princípios mais profundos da física não foi contemplando os céus, mas movendo-nos pelo mundo em nossa própria carne presa à terra.
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