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Felipe Massa, vencedor do GP da França e atual líder do campeonato

Fazia tempo que eu não via o medidor de "força" G na fórmula 1. Hoje, no entanto, na transmissão do GP de Fórmula 1 da França, vencido pelo brasileiro Felipe Massa, o medidor voltou a ser mostrado na tela da TV. Você também viu?

A idéia é tentar medir (e mostrar na tela da TV) a tendência que o corpo do piloto tem de:

1. Ir para trás numa acelerada forte; ou
2. Ir para frente numa freada brusca; ou
3. Ir para direita numa curva para esquerda⁽¹⁾; ou 
4. Ir para esquerda numa curva para a direita⁽¹⁾.

Todo mundo já sentiu este efeito ao andar de carro ou de ônibus, não? Só que na fórmula 1, com as enormes acelerações dos carros de alta performance, o efeito é potencializado. Por isso mesmo, durante uma prova, o efeito cumulativo de tantas acelerações tangenciais e radiais judia do piloto que precisa se esforçar para manter-se fixo no banco do carro, o que acaba provocando um maior desgaste físico. É claro que o piloto está preso ao banco por cinto de segurança, o que ajuda bastante. Mas a sua cabeça, parte móvel do corpo, ainda mais com o pesado capacete, sente bastante este efeito que exige da musculatura do percoço do piloto um trabalho bem maior. Que todo bom piloto tem que ser bom de braço é fácil entender. Mas, por este raciocínio, concluímos que todo bom piloto deve ser bom também de pescoço!

:: O que é a "Força" G?

Antes de mais nada, a "força" G não é uma força. Isso mesmo! Do ponto de vista da definição newtoniana de força, ou seja, da idéia de que força é a ação de um corpo sobre outro, o que se chama de "força" G nada mais é do que um efeito da inércia. E inércia, como já foi dito acima, é a tendência que um corpo tem de permanecer parado ou em movimento retilíneo e uniforme, a menos que forças promovam a aceleração do mesmo, ou seja, modifiquem o seu movimento.

Vamos aprofundar nossa análise física dos 4 casos acima descritos:

1. Nas acelerações para frente, o corpo do piloto tende a permanecer no movimento mais lento em que estava. Mas, como o carro ganha velocidade, o piloto tende a ficar para trás em relação ao veículo. Por isso tem a sensação de ter sido empurrado para trás quando, na verdade, não foi! Note que ninguém fez força para trás no píloto. Mas ele sente como se tivesse sofrido tal força. Esta sensação de força é a "força" G, uma força fictícia, ou apenas um efeito do referencial. Dentro do carro, num referencial não-inercial⁽²⁾, o piloto é capaz de jurar que esta "força" G existe! Mas é apenas uma ilusão mecânica. Quem está fora vê que trata-se de um efeito colateral da inércia.
2. Nas freadas, ao contrário, onde o carro acelera para trás (ou desacelera, como queira), o corpo do piloto tende a permanecer com a velocidade mais alta que já tinha. O carro breca mas o corpo do piloto tende a continuar indo para frente em relação ao carro. Neste caso, o piloto sente-se empurrado para frente. Mais uma vez não houve força, ninguém empurrou o piloto para frente. Mas ele se sente empurrado. É mais uma vez uma ilusão mecânica.
3. Numa curva para esquerda, o piloto tende a continuar o seu movimento na direção tangencial, a direção do vetor velocidade que já tinha antes de entrar no trecho curvilíneo da pista. O carro vira, contornando o centro da curva. Mas, como o piloto tende a continuar em linha reta, tem a sensação de ter sido jogado para fora da curva. Novamente ele jura que sofreu uma força. a tal "força" G, agora na direção radial. Mas continua sendo pura ilusão, efeito somente sentido por ele de dentro do carro, ou seja, no referencial do veículo.
4. Numa curva para a direita, analogamente ao que está descrito no item 3, ocorre o mesmo efeito, só que para o outro lado.

:: Por que "G" 

O "G" vem de gravidade. É que a força fictícia sentida pelo piloto é comparada com à força da gravidade (ou força peso). Em outras palavras, além da força peso (atração da Terra sobre o seu corpo) que é uma força real e sempre vertical, o piloto tem a impressão de sofrer forças gravitacionais horizontais extras , como se também houvesse uma gravidade horizontal. Aliás, Albert Einstein (1879-1955) publicou em 1907 o importantíssimo Princípio da Equivalência, base da Teoria da Relatividade Geral de 1916, e que diz que "a gravidade e a aceleração são equivalentes" o que, em outras palavras, significa que produzem efeitos análogos e, sob certas condições, indistingüíveis. É o que os pilotos de fórmula 1 sentem: efeitos de aceleração horizontal que parecem ser forças gravitacionais laterais!

:: O medidor da "força" G

O medidor de "força" G que aparece na tela da TV nas transmissões de corridas fórmula 1 tem o aspecto mostrado na figura abaixo.

Uma bolinha mostra a tendência de movimento do corpo do piloto, justamente o que cria a ilusão de força. Quando a bolinha está no centro do medidor, como na figura acima, não há aceleração. O carro está em numa reta, com velocidade escalar constante. Logo, não há aceleração alguma, nem tangencial nem radial, e o piloto não sente a sensação de "força" G.

Mas, se acelerar, brecar, ou fizer uma curva, a bolinha do medidor sai do centro e "mede" a "força" G. Quanto mais afastada do centro, maior a intensidade da "força" G sentida pelo piloto. Veja nas figuras abaixo os 4 casos já descritos acima como devem aparecer no medidor:

1. Acelerada forte para frente (a bolinha sai do centro e vai para trás)
   
2. Freada brusca (a bolinha sai do centro e vai para frente)
   
3. Curva para a esquerda (a bolinha sai do centro e vai para a direita)
    
4. Curva para a direita (a bolinha sai do centro e vai para esquerda)
   

Note que a bolinha do medidor sempre segue a tendência de movimento do corpo do piloto dada pela inércia.

É possível ainda que o carro entre numa curva acelerando ou freando. Nestas situações o medidor deve medir tanto a tendência inercial tangencial quanto a radial. Teremos, na verdade, combinações das configurações do medidor mostradas acima. Confira nas figuras a seguir:

• Curva para a esquerda, freando (a bolinha tende a ir para frente por causa da freada e a se deslocar para a direita por causa da curva)
  
• Curva para a direita, freando (a bolinha tende a ir para frente por causa da freada e a se deslocar para a esquerda por causa da curva)
  
• Curva para a esquerda, acelerando (a bolinha tende a ir para trás por causa do ganho de velocidade do carro e a se deslocar para a direita por causa da curva)
  
• Curva para a direita, acelerando (a bolinha tende a ir para trás por causa do ganho de velocidade do carro e a se deslocar para a esquerda por causa da curva)
  

O medidor de "força" G é, na prática, um acelerômetro, ou seja, um medidor de aceleração em unidades da aceleração da gravidade. A cada 10 m/s², o valor aproximado da aceleração da gravidade superficial terrestre, temos 1G. A figura a seguir nos dá uma idéia mais técnica do que estou dizendo:

A aceleração vetorial total do carro é o vetor g. E seus componentes ortogonais são a_T (aceleração tangencial), que o carro tem quando acelera ou freia, e a_C (aceleração centrípeta), que o carro possui sempre que faz uma curva.

Para que você tenha uma noção quantitativa, além da qualitativa já bastante explorada neste post, vale lembrar ainda que podemos calcular cada componente de aceleração (a_C e a_T) e a aceleração total g a partir das seguintes expressões:

• Aceleração tangencial a_T
  
  onde DV é a variação da velocidade escalar do carro num intervalo de tempo Dt.
• Aceleração centrípeta a_C
  
  onde V é a velocidade instantânea do carro e r o raio da curva.
• Aceleração total g
  

Assim, por exemplo, se um carro de fórmula 1 entra numa curva de 45 m de raio a 216 km/h (60 m/s) e em 2s a sua velocidade cai para a metade deste valor, ou seja, 108 km/h (30 m/s), teremos:

• Uma aceleração tangencial  média de valor a_T =  |30 - 60| m/s / 2s = 15 m/s² (cerca de "1,5G" somente na direção tangencial).
• Uma aceleração centrípeta (no final da curva, quando a velocidade é de 30 m/s) de valor a_C =  30² / 45 = 20 m/s² (cerca de "2G" somente na direção radial)
• A aceleração total, no final da curva, será g² = 15² + 20², ou seja, g = 25 m/s² (cerca de "2,5G").

Coclusão: na situação descrita e analisada acima o piloto sente uma "força" G que equivale a duas vezes e meia ao valor do seu próprio peso!


:: A "força" M

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Felipe Massa, que andou sofrendo com a falta de sorte em outros GPs deste ano, hoje pode finalmente contar com uma ajudinha dela. Frente a um problema no carro do companheiro Räikkönen, conseguiu melhor performance e saltou do segundo para o primeiro lugar, vencendo a corrida. Mas não adianta nada ter sorte e não ter competência, certo? Felipe Massa estava lá para aproveitar a chance e fez uma corrida limpa, perfeita, milimétrica. Ele mostrou para todo o mundo o que é a "força" M do Massa! Foi bacana ouvir o hino nacional brasileiro novamente tocado numa manhã de domingo ... 

Agora ficamos na torcida para que Massa continue vencendo ao longo do campeonato, pela competência que sobra e pela sorte que tem quem a merece!

:: UPGRADE [06/julho - 11h]

Seria injustiça não destacar hoje a "força B" que combina muito bem com chuva. Rubens Barrichello, que está longe de ter um carro competitivo para estar na frente na F1, largou em 16^o lugar em Silverstone, Inglaterra. Debaixo de chuva, já na primeira volta estava em 10^o lugar. E terminou a corrida em 3^o. Foi bacana ver Barrichello no pódio outra vez depois de tres anos.

• Veja mais imagens do GP da França 2008 na galeria do UOL Esporte
• Visite o site oficial da Fórmula 1. Clique nos nomes de cada GP (Australia, Malaysia, Bahrain, ...)  e confira o traçado do circuito. Ao colocar o mouse nos pontos destacados você verá, dentre outras informações, uma estimativa do valor da "força" G (G force).

• [07/07/2007]  Sentindo a Inércia na Própria Pele 
• [14/05/2006]  Newton, a Fórmula 1 e o Pneu Sempre Ralado
• [12/03/2006]  A Fórmula 1 e as Definições de Velocidade