Cair de chapa quando se tenta mergulhar numa piscina, geralmente, acaba por ser uma experiência dolorosa. Agora, um grupo de investigadores da Universidade de Brown, analisou o fenómeno físico do impacto do corpo a bater na água, geralmente parada, e concluiu que o mesmo pode ter aplicações na engenharia marinha e naval. O novo estudo, publicado na revista científica Journal of Fluid Mechanics, descobriu que quando um corpo – ou objeto – cai de chapa na água, as forças hidrodinâmicas – à superfície da água – resistem à essa entrada repentina do ar. Este é também o motivo para os conhecidos “chapões” serem tão dolorosos. “De repente, a água tem de acelerar para alcançar a velocidade do que está a cair no ar. Quando isso acontece, essa grande força de reação é enviada de volta para o que quer que esteja a causar o impacto, levando a essa batida caraterística”, explicou Daniel Harris, professor da Universidade de Engenharia de Brown.
Porquê e como este fenómeno acontece tem sido investigado por vários estudos pelas potenciais aplicações que pode ter na engenharia naval e marítima – que muitas vezes utiliza estruturas que funcionam à base das forças de impacto entre o ar e a água. “A maior parte do trabalho que tem sido feito neste domínio analisa corpos rígidos que batem na água, cuja forma geral não se altera nem se move em resposta ao impacto. As questões que começamos a colocar são: E se o objeto que sofre o impacto for flexível, de modo que, quando sente a força, pode mudar de forma ou deformar-se? Como é que isso altera a física e, mais importante ainda, as forças que são sentidas nestas estruturas?”, questionou Harris.
Para a investigação foram realizadas várias experiências que recriaram os efeitos de chapa na água. Através do recurso a um cilindro – com características de vibração e ligado a uma espécie de pêndulo com um sistema de molas flexíveis – deixado cair repetidamente na água, os especialistas analisaram os resultados visuais da queda bem como dados de sensores incorporados no interior do objeto. A ideia foi que as molas ligadas ao cilindro – e que atuam de forma semelhante à suspensão de um automóvel – pudessem suavizar o impacto da queda do corpo na água ao distribuir o seu peso durante um maior período de tempo – uma estratégia que veio reduzir os impactos das transições entre o ar e a água.
De acordo com os resultados, embora eficazes as molas nem sempre atenuaram o choque, e aumentaram, por vezes, ainda mais o impacto do corpo. Dependendo da altura em que o cilindro era largado e da rigidez das molas, o aumento do choque aumentou, bem como as vibrações sentidas no aparelho. As observações retiradas levaram a uma nova conclusão: quando mais macias as molas mais suave o impacto, uma vez que as mesmas absorvem o choque sem provocar novas vibrações que aumentem a força total. “A estrutura está a vibrar para trás e para a frente devido ao impacto violento, por isso estávamos a obter leituras tanto do impacto de bater no fluido como de uma oscilação porque a estrutura se está a abanar. Se não se fizer a leitura correta, a situação pode basicamente piorar”, referiu Harris.
Futuramente, os especialistas esperam continuar a investigação ao estudar a forma como as aves mergulhadoras ultrapassam este fenómeno. “Os estudos biológicos destas aves mostraram que elas efetuam certas manobras quando entram na água para melhorar as condições de modo a não sofrerem forças tão elevadas. Estamos a tentar conceber o que é essencialmente um pêndulo robótico que pode realizar algumas manobras ativas durante a entrada na água para fazer o mesmo com objetos contundentes”, referiu Antolik, um dos autores do estudo.
O estudo, que também envolveu especialistas do Centro Naval Undersea Warfare e da Universidade Brigham Young, foi financiado pelo Office of Naval Research.
