Força de arrasto hidrodinâmico ativo e força de arrasto hidrodinâmico passivo

direção e com sentido oposto ao do seu vetor deslocamento, pelo que com sentido oposto à da força propulsiva efetiva (Berger et al., 1999). Quando o nadador se desloca para a frente, o movimento da água será para trás, provocando resistência ao movimento do nadador (Maglischo, 2003).

Na literatura especializada, distinguem-se fundamentalmente duas grandes categorias de métodos para determinar esta força oposta ao sentido de deslocamento. Uma primeira categoria designada por arrasto passivo (McIntyre et al., 2003) que se consubstancia na determinação da força requerida para fazer deslocar o nadador numa determinada posição que é mantida constante (Kolmogorov et al., 1997; Vilas-Boas et al., 2001; McIntyre et al., 2003), p.e. como resultado do deslocamento de um corpo rígido rebocado pela água ou em deslize após impulsão na parede (Lyttle et al., 2000; Alves, 2001) e uma segunda categoria designada por arrasto ativo (di Prampero et al., 1974; Hollander et al., 1986; Kemper et al., 1976; Kolmogorov et al., 1992; Ungerechts, 1994) que procuram avaliar a intensidade de FD

a que efetivamente se sujeita o nadador ao nadar livremente, ou tão livremente quanto possível (Vilas-Boas et al., 2001), ou seja, quando a quantidade da força de arrasto hidrodinâmico oferecida pela água é associada às ações de braços e pernas realizadas pelo

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nadador em situação de nado (Kolmogorov et al., 1997; Lyttle et al., 2000; Alves, 2001; McIntyre et al., 2003).

Ao deslizar passivamente na água, o nadador apercebe-se do arrasto passivo (FDp) que

é causado sobretudo pela forma, tamanho do seu corpo e pela velocidade e profundidade de deslize. O arrasto ativo (Da) é definido com sendo a soma de todas as forças de arrasto

durante o nado.

Um estudo realizado por Hollander et al. em 1986, o qual pretendia estabelecer relações entre as forças de arrasto hidrodinâmico ativo e a máxima prestação em nado, determinado em 12 nadadoras e 12 nadadores de elite a altas velocidades (1.63 e 1.88 m.s-1, respetivamente), não apresentou correlações significativas (nadadores r=-0.27 e nadadoras r=0.07), concluindo-se que a força de arrasto hidrodinâmico por si só não é fator determinante para a prestação à máxima velocidade de nado.

Figura 12: Desempenho expresso em segundos aos 100m em função dos valores de arrasto à velocidade de 1.63 m.s-1 para as nadadoras (n=12) e 1.86 m.s-1 para os nadadores (n=12) (adaptado de Toussaint & Beek, 1992).

Mais tarde, Toussaint et al. (1990b) concluiu um outro estudo onde pretendeu estabelecer a relação entre os dados antropométricos (especialmente a área de secção transversal (S)) e o arrasto ativo durante um período de 2.5 anos de crescimento num grupo de crianças (idade média no início do estudo: ≈12.9 anos de idade).

Durante este período as crianças revelaram um aumento de estatura média de 1.52 a 1.69 cm e em massa de 40.0 a 54.7 kg. Também a área de secção transversa, previamente tida como relacionada fortemente com a força de arrasto hidrodinâmico num grupo de nadadores adultos, mostrou um aumento no tamanho de 16%.

Neste estudo, os autores descobriram que depois do crescimento, os valores da força de arrasto hidrodinâmico total permaneceram inalterados; a força de arrasto hidrodinâmico

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média para todos os sujeitos a uma velocidade de nado de 1.25 m.s-1 foi de 30.2 N (±2.37) em 1985 e 30.8 N (±4.50) em 1988 mas, o valor de Froude diminuiu. O aumento em altura resultou num decréscimo no número de Froude (Fr) e assim num decréscimo no arrasto de onda. O valor de Reynolds aumentou após o crescimento (Toussaint et al., 1990b).

Contrariamente aos estudos atuais, também descobriram que o coeficiente de arrasto ativo (CDa) também se alterou, sendo agora menor com o crescimento.

Mais, os índices de forma derivados da tecnologia de construção naval demonstraram mudanças que indicaram uma forma corporal mais longilínea.

Sanders (2001) sublinha este aspeto, referindo que os nadadores mais longilíneos têm vantagens hidrodinâmicas, o que lhes permite reduzir o arrasto e aumentar a propulsão.

Figura 13: Relação entre a força de arrasto hidrodinâmico e o número de Froude (adaptado de Toussaint & Beek, 1992).

Num estudo realizado em 2001 por Vilas-Boas e colaboradores, no qual se pretendia caracterizar a força de arrasto hidrodinâmico ativo máximo (FDamáx) e a potência mecânica

máxima (Pimáx) entre nadadores pré-juniores de primeiro e segundo ano, comparativamente

com nadadores juniores e seniores de top nacional e de top mundial, concluiu-se que os valores de FD à velocidade máxima de nado foram inferiores nos nadadores pré-juniores do

primeiro ano relativamente aos do segundo ano e aos nadadores masculinos de top internacional.

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Figura 14: Variação, entre os diferentes grupos de nadadores estudados, dos valores médios e respetivos desvios-padrão do arrasto ativo. É também apresentado o significado estatístico das diferenças intrasexuais e intersexuais de médias (*= p≤ 0.05) (adaptado de Vilas-Boas et al., 2001).

O crescimento de FD com a idade e o nível desportivo era antecipadamente esperado,

sobretudo por duas razões fundamentais: (i) com a idade – e sobretudo entre os nadadores pré-juniores e os restantes – é ainda esperado um crescimento físico assinalável, nomeadamente próximo-distal e em volume, o que presumivelmente se refletirá num aumento de S, já que não parece afetar CD (Figura 15) e (ii) com a idade e com o nível

desportivo, observa-se um natural aumento progressivo da velocidade máxima de nado (Figura 16), o que implicará também um aumento da FD, já que este parâmetro, para um

mesmo sujeito ou corpo varia sempre com a velocidade, seja com o quadrado da velocidade de deslocamento para escoamentos newtonianos, seja simplesmente de forma linear para escoamentos de Stokes (Fédiaevsky et al., 1979).

Figura 15: Variação, entre os diferentes grupos de nadadores estudados, dos valores médios e respetivos desvios-padrão do coeficiente de arrasto (CD). É também apresentado o significado estatístico das diferenças

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Figura 16: Variação, entre os diferentes grupos de nadadores estudados, dos valores médios e respetivos desvios-padrão da velocidade máxima de nado. É também apresentado o significado estatístico das diferenças intrasexuais e intersexuais de médias (*= p≤ 0.05) (adaptado de Vilas-Boas, et al., 2001).

Chatard et al. (1990b) mostrou claramente que o arrasto passivo está relacionado, entre outras coisas, com fatores morfológicos e foi recentemente comprovado por Kjendlie & Stallman, (2008) que o aumento da área de superfície corporal, que se desenvolve naturalmente com a idade, está relacionado tanto com o arrasto ativo como passivo. Por outro lado, a melhoria da técnica de nado, que se desenvolve com muitos anos de prática, mostrou ser capaz de causar uma diminuição do trabalho mecânico (W) (Pendergast et al., 2005).

Kjendlie & Stallman (2008) com o propósito de i) comparar os fatores de arrasto e os coeficientes de arrasto em adultos e crianças; ii) quantificar as diferenças na técnica de nado, utilizando a fórmula de índice de arrasto em crianças e adultos; e iii) utilizar o valor de Froude como um meio para verificar se as crianças, comparadas com os adultos, aplicariam todo o seu potencial como corpos em deslocamento a uma velocidade máxima, concluiu que as crianças demonstram um arrasto ativo e passivo inferior ao dos adultos, o IRT não apresentou quaisquer diferenças entre as técnicas e provocou o aumento do fator de arrasto de onda, disfarçando assim a técnica superior dos adultos relativamente à das crianças. Estas não atingiram a velocidade máxima de deslocamento tendo o seu número de Froude variado entre 0.37 ±0.01 em contraste com os adultos 0.42 ±0.01, mostrando que os adultos provocaram um maior arrasto de onda quando comparado com as crianças.

A principal descoberta neste estudo é de que os homens têm parâmetros significativamente mais elevados que os rapazes. Isto deve-se ao seu tamanho porque o coeficiente de arrasto não difere. O arrasto ativo apresentado para as crianças é muito próximo dos valores apresentados anteriormente num grupo misto de crianças com 13 anos de idade com uma velocidade máxima similar (1.37 m.s-1) de 37.0 N (Toussaint et al., 1990b). Os dois grupos de crianças mostraram surpreendentemente valores de arrasto ativo

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semelhantes quando considerada a diferença de 20% de média entre os dois métodos (Toussaint et al., 2004). Esta diferença é em parte provocada pelo método MAD system15 em que é utilizado apenas a ação dos braços enquanto o método de perturbação da velocidade 16 incluía também o batimento de pernas. Contudo, estes dois métodos (que serão referenciados mais à frente no capítulo referente aos métodos de avaliação do arrasto hidrodinâmico) foram utilizados para calcular o mesmo fenómeno, sendo o método de perturbação igualmente fiável (Kolmogorov & Duplisheva, 1992) e válido (Toussaint et al., 2004). Como os adultos têm uma velocidade superior em sprint, o arrasto ativo é, como se esperava, superior ao das crianças. Ao comparar fatores de arrasto ativo, os adultos apresentam, sem dúvida, valores mais elevados que as crianças (cerca de duas vezes superiores). Contudo, os valores de arrasto ativo não se encontram ajustados ao tamanho.

O CDa (coeficiente de arrasto ativo) é ajustado à área de superfície frontal. Os

resultados do CD apresentado nos adultos são superiores aos anteriormente apresentados,

ambos quando comparados com o método de perturbação (CDa = 0.28 ±0.09) (Kolmogorov &

Duplisheva. 1992), e comparado com o MAD system (CDa = 0.64 ±0.09) (Toussaint et al.,

1988a). Estas diferenças podem ser provocadas por diversos fatores. Em primeiro lugar, o estudo de Kolmogorov & Duplisheva utilizou outro método de cálculo da área de superfície frontal e descobriu-se que este método subestima a área de superfície frontal em 100% (Cappaert & Gordon, 1998). Portanto, subestimam o valor do CDa quando comparado com o

método para encontrar a área de superfície frontal utilizado neste estudo. Em segundo lugar, o método MAD system mostrou que mede valores de arrasto mais elevados (cerca de 20%) que o método de perturbação (Toussaint et al., 2004). Em terceiro lugar, podem existir diferenças reais no arrasto ativo entre os grupos. Para além disso, nas crianças, ao comparar os valores do arrasto ativo e passivo do estudo de Kjendlie & Stallman (2008) com o estudo do crescimento VS arrasto, de Toussaint et al. (1990b) os valores parecem não variar, CDa = 0.64

VS 0.66 respetivamente. Ao observar o CDa constata-se que não existem diferenças

estatisticamente significativas entre os adultos e as crianças. Este fato vem confirmar os

15 _{MAD system: Método desenvolvido por Hollander et al. (1986) associado à medição das forças de arrasto}

ativo em natação.

16 _{Método de perturbação da velocidade: Kolmogorov & Duplishcheva (1992) estabeleceram outro}

método para determinar a força de arrasto hidrodinâmico ativo durante o nado efectivo. A este novo método chamaram-lhe “Velocity Perturbation Method” (VPM) – método de perturbação da velocidade (Toussaint & Truijens, 2005) sendo também conhecido como “method of small perturbations” – método das pequenas perturbações.

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resultados de Kolmogorov et al. (1997), que descobriu que os valores do CDa não eram

diferentes entre nadadores amadores e profissionais. Depois de ajustada a velocidade e a área de superfície frontal, o arrasto não variou entre os dois grupos.

Os resultados das medições do arrasto passivo estão de acordo com os dados do arrasto ativo, dispondo os adultos de um ajuste corporal superior ao das crianças. Contudo, o CDp foi significativamente menor nos adultos do que nas crianças, ao contrário do arrasto

ativo. Tal fato atesta que, ou os adultos aprenderam a ajustar a sua posição corporal ou, que a forma do seu corpo (ou seja, tendo em conta o seu tamanho/comprimento) provoca uma menor força de arrasto hidrodinâmico passivo.

A outra grande descoberta deste estudo foi que o IRT não era estatisticamente diferente nas crianças e nos adultos. A hipótese de as crianças terem um IRT superior não se verificou. Os números mostraram inclusive uma tendência das crianças terem um IRT inferior, o que era bastante inesperado. A razão para tal fato prende-se com a velocidade máxima que os sujeitos atingiram. Embora todos os sujeitos fossem testados à velocidade máxima atingida, a discussão abaixo irá demonstrar que as crianças têm uma força de arrasto hidrodinâmico inferior na produção de ondas e que as crianças não atingiram a sua velocidade máxima de deslocamento. Tal fato, faz com que, provavelmente, o seu arrasto ativo seja inferior do que, se a sua velocidade tivesse atingido um nível representado por Fr = 0.42, reduzindo assim o IRT e fazendo com que a técnica de nado das crianças parecesse melhor quando comparada a velocidades relativas iguais. A partir destes resultados, parece que o IRT não serve de parâmetro para avaliar a técnica, como havia sido anteriormente sugerido (Kolmogorov & Duplisheva. 1992). A menos que fosse comparado a valores iguais de Froude. A comparação entre os IRT segundo valores de Froude desiguais incluiria não só fatores técnicos; por exemplo, uma maior propulsão significaria um valor Froude mais elevado mas também, um maior arrasto de onda.

Em conclusão, os resultados do estudo de Kjendlie & Stallman (2008) mostram que os adultos estão sujeitos a fatores de arrasto passivo e ativo mais elevados e fatores de arrasto passivo e ativo mais elevados por cada unidade do comprimento do corpo. O IRT não conseguiu detetar quaisquer diferenças na técnica de nado entre ambos os grupos isto porque, à velocidade de nado Fr máxima os adultos aumentaram o fator de arrasto de onda, disfarçando assim a sua técnica superior. As crianças não atingiram a sua velocidade máxima de deslocamento. Tal fato mostra que eles, sendo corrigidos em relação ao tamanho utilizando o valor Fr, não atingiram a velocidade máxima possível na água. Uma vez que o tamanho demonstrou ser um importante fator no arrasto, apesar da forma ou dos valores do

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CD das crianças e adultos não serem diferentes, aconselham-se todos os treinadores e

nadadores a calcular o valor Fr à velocidade máxima e a utilizá-lo como uma ferramenta de avaliação à qual se pode facilmente aceder.

Portanto, durante o crescimento toma lugar um processo complexo no qual diferentes fatores determinam o arrasto, tal como: a altura, a morfologia do corpo e a área de superfície frontal; tendo estes efeitos complexos no arrasto.