O que as três leis de Newton têm a ver com futebol?

Isaac Newton foi um famoso cientista inglês, que desenvolveu diversos trabalhos ligados a áreas como matemática, física, astronomia e filosofia. Entre os feitos mais famosos de Newton, estão as três leis que foram publicadas em 1687, nos volumes do livro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Estas leis são sobre as ações de força que alteram o estado do movimento e, por isso, estão diretamente conectadas com o futebol.

Todas as ações feitas em um campo de futebol, que vão desde as tentativas de defesa de um time até um chute na bola que irá gerar um gol, são resultados destas ações de força. Nesta matéria, você irá saber um pouco mais sobre as três leis de Newton e como elas podem ser aplicadas neste popular esporte. Confira!

A primeira lei de Newton – a lei da inércia

Diz que todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em uma linha reta, a menos que seja forçado a mudar aquele estado por forças aplicadas sobre ele. No futebol, esta lei pode ser facilmente visualizada nos movimentos da bola, que só acontecem graças à força do chute do jogador. Mas a força também é utilizada ao parar a bola, podendo ser gerada por uma ação com os pés do jogador ou pela força de atrito da bola com a grama.

Segunda lei de Newton – o princípio fundamental da dinâmica

A mudança de movimento é proporcional à força motora imprimida, e é produzida na direção de linha reta na qual aquela força é impressa. Ou seja, se um jogador aplicar uma força sobre a bola (chute, cabeçada, etc.), ela irá adquirir uma aceleração x. Caso o jogador duplique essa força, a aceleração da bola também será maior. Apesar disto, devemos considerar que a aceleração da bola também depende de sua massa. Se ela estiver suja de lama, a massa se torna maior e a aceleração seria menor após o chute. A massa corporal do jogador também interfere nas jogadas e por isso, os jogadores com maior massa normalmente ficam na posição de pivô, já que os chutes destes produzem uma aceleração maior na bola.

Terceira lei de Newton – a lei da ação e reação

A toda ação há sempre uma reação oposta e de igual intensidade: ou as ações mútuas de dois corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas em sentidos opostos. Por exemplo: Quando um jogador atinge a bola com o pé, a força de ação exercida durante o chute faz surgir uma força de reação exercida pela bola no pé do jogador. Algumas vezes, este conceito é (não intencionalmente) aplicado de forma errada: quando um árbitro de futebol adverte dois jogadores envolvidos em uma disputa de bola, mesmo que um deles não tenha feito nada, pode estar inconscientemente usando um extremo da terceira lei de Newton: enquanto um jogador age empurrando o peito do outro, o outro reagiu dando uma peitada na mão do primeiro, com a mesma intensidade e no mesmo instante.

Física no Futebol

Num jogo de futebol, os jogadores exercem forças na bola que se detectam pelos seus efeitos, como deformação da bola, modificação do seu estado de repouso ou de movimento e variação da velocidade. Diz-se, então, que uma força é toda a ação capaz de modificar o estado de movimento de um corpo ou de lhe causar deformação. As forças traduzem a interação entre os corpos e podem ser exercidas por contacto ou à distância. Quando o jogador dá um pontapé na bola, fazendo com que ela mude de direção, aplica-lhe uma força de contacto, ou seja, há uma interação entre o pé e a bola. Aqui, há a considerar duas forças iguais e opostas que constituem um par ação-reação. Isto significa que as forças atuam sempre aos pares, ou seja, à ação do jogador sobre a bola corresponde sempre uma reação igual e oposta que a bola exerce no jogador. 

Qualquer corpo oferece uma resistência à alteração do seu estado de repouso ou de movimento que se designa por inércia. Esta será tanto maior quanto maior for a massa do corpo. Assim, se chutarmos uma bola de futebol e uma pedra do mesmo tamanho com igual força, a bola irá atingir uma dada velocidade, enquanto a pedra pouco ou nada se moverá do seu lugar. Embora as forças exercidas sejam iguais, os seus efeitos são diferentes, porque a massa da pedra é maior do que a bola. A pedra resiste mais à alteração do estado de repouso, logo a sua inércia é maior, enquanto que a inércia da bola é muito baixa.

Quando se chuta uma bola, ela adquire uma dada velocidade. Então, porque será que a bola pára ao fim de algum tempo? A bola vai diminuindo lentamente a sua velocidade até parar devido ao atrito entre a bola e o chão. O atrito é uma força que se opõe ao movimento da bola devido à interação desta com uma superfície. Quanto mais rugosas forem as superfícies em contacto, maiores serão as forças de atrito. Se não existisse atrito, a bola mover-se-ia em linha recta com velocidade constante e não parava. As chuteiras dos jogadores têm pitões para aderirem bem à relva, que é uma superfície irregular. A rugosidade e a natureza da borracha permitem aumentar o atrito, tornando o movimento dos jogadores mais seguro. Quando andamos ou corremos é a força de atrito que nos empurra. Para nos deslocarmos, os sapatos exercem no solo uma força para trás. A força de atrito, que se opõe a este movimento, empurra-nos para a frente. Quando as solas dos sapatos são muito lisas e o pavimento é polido a força exercida pelo sapato para trás não faz surgir qualquer atrito e… escorregamos!

Uma bola em movimento no ar está sujeita a forças aerodinâmicas causadas pela pressão e viscosidade do meio, como a força de arrasto e a força de sustentação. A força de arrasto é a resistência que o ar oferece à passagem da bola, porém, ao contrário do atrito entre duas superfícies sólidas, a força de arrasto não é constante – ela depende da velocidade com que a bola se move em relação ao ar. A “crise do arrasto” é a súbita redução que a resistência do ar sofre quando a velocidade da bola aumenta além de um certo limite. A velocidade máxima que jogadores profissionais conseguem dar à bola é da ordem de 25 a 30 m/s, podendo atingir os 35 m/s. Portanto, a bola de futebol ultrapassa a velocidade de crise muitas vezes durante uma partida.

Por outro lado, devido às propriedades da força de arrasto, uma bola rugosa oferece menos resistência ao ar do que uma bola lisa. Este fenômeno pode parecer estranho, mas é o que realmente acontece. A rugosidade da bola diminui a resistência do ar, a altas velocidades. Por isso é que as bolas de golfe possuem orifícios – assim atingem distâncias maiores. Algumas bolas de futebol modernas inspiraram-se na de golfe, apresentando os mesmos orifícios característicos.

A força de sustentação surge quando a bola gira em torno do seu centro, produzindo o chamado efeito Magnus. Este manifesta-se quando um jogador chuta a bola e, dependendo de onde ocorre o contacto do pé com a bola, é possível imprimir-lhe uma rotação capaz de alterar a sua trajetória retilínea. Ao girar sobre o seu próprio eixo a superfície da bola sofre o atrito do ar. Isto influi na velocidade com que o ar passa em seu redor – na parte superior da bola, o ar é mais rápido; na inferior, mais lento. Devido a esta diferença de velocidade, ocorre uma diferença de pressão entre a parte de cima e a de baixo. A diferença de pressão faz com que a bola se desvie da sua trajetória normal, produzindo o efeito Magnus. A sua intensidade e influência na trajetória da bola dependem de vários factores. A superfície áspera da bola e a grande velocidade de rotação, em relação à velocidade de voo, aumentam o efeito. Já a influência na trajetória manifesta-se, principalmente, nas bolas mais leves. Em linguagem comum, diz-se que o jogador chutou com “efeito”. Alguns dos golos mais famosos de Pelé e Maradona resultaram de magníficas jogadas com “efeito”.

Apesar do seu potencial, existe pouca informação sobre o assunto e, por incrível que pareça, o futebol ainda não é utilizado, nas escolas, como uma estratégia para fazer passar determinados conceitos da Física. Para quem quer compreender as leis do movimento, estudar Física através do futebol é, certamente, uma das formas mais aliciantes de o fazer, pelo que espero ter contribuído para despertar os mais curiosos

Professora: Melissa
Colégio Estimoarte
Alunas: Caroliny, Bruna Santos e Clara Luna
Turma: 9ºA

                                       

                                       Projeto de Física