A física do empuxo

Quando você vê uma pipa encontrar o vento e ser arremessada ao alto, está testemunhando o empuxo. A aceleração pode ser percebida pelo puxão que você sente em sua ponta da linha. Da mesma forma, a vela principal e a bujarrona recolhem energia com suas formas aerodinâmicas que as inflam na direção em que o vento sopra. Também se pode perceber que as pipas voam em ângulo com relação ao vento, da mesma maneira que a vela principal e a bujarrona capturam o vento nas viradas de bordo.

Os adeptos da vela usam duas teorias proeminentes (mas frequentemente contestadas) para explicar exatamente como a interação com o vento gera empuxo: o Teorema de Bernoulli e a Terceira Lei de Newton.

O teorema de Bernoulli, também conhecido como Explicação do Percurso Mais Longo, explica o empuxo em termos de alta e baixa pressão do ar em cada lado da vela. Imagine que a frente do barco está avançando em ângulo contra o vento. À medida que a brisa chega às velas, partículas de ar correm de ambos os lados. Teoricamente, as partículas que correm do lado externo, convexo, da vela têm distância maior a percorrer, em tempo igual, do que as partículas que se movem do lado interno, côncavo.

Caso as partículas do lado externo estejam viajando mais longe no mesmo tempo, é necessário que tenham maior velocidade do que as partículas do outro lado. Esses partículas mais velozes têm mais espaço para se espalhar, o que forma uma área de baixa pressão. Do lado interno da vela, as partículas mais lentas estão concentradas de forma mais densa, criando uma área de pressão mais alta. Essa diferença de pressão entre os lados da vela cria uma sucção frontal que produz empuxo.

O teorema de Bernoulli ajuda a explica como os veleiros podem se mover contra o vento

O empuxo também se aplica ao voo dos aviões. Para uma explicação mais detalhada do princípio do empuxo e das teorias de Bernoulli e Newton, leia Como funcionam os aviões.

A Terceira Lei de Newton descreve o empuxo em termos da reação das partículas de ar do vento à vela principal e à bujarrona. A lei estipula que a cada reação corresponde uma reação igual e oposta. À medida que o vento atinge as velas da direção oposta (lembre-se, você está velejando contra o vento e pretende dar o bordo), ele gera arrasto, ou puxa para trás. O arrasto é paralelo à corrente de vento original [fonte: Glenn Research Center - em inglês] e acontece naturalmente quando algo se move contra um fluido ou gás.  Mergulhadores usam trajes e capuzes especializados para reduzir ao máximo o arrasto que sofrem na água.

Sob a lente newtoniana, no empuxo o movimento das partículas de ar cria uma reação igual e oposta, ou seja, empuxo para a frente. A mesma norma pode ser aplicada à interação entre as velas e a quilha, descrita na página anterior. As velas e a quilha criam reação iguais e opostas de modo a concentrar a energia do barco no avanço, e não no movimento lateral.

A Terceira Lei de Newton em ação em um veleiro

A seguir, examinaremos a quilha de maneira mais aprofundada e veremos como ela contribui para o empuxo e como impede que o barco emborque ao dar o bordo.