Capa: Borboletas Piruetas nas flores. Acervo pessoal Aline dos Santos Silva.
Bem vindos ao episódio Borboleta Pirueta.
Temporada Investigando Aviões de Papel.
Comandante Aline dos Santos Silva. Física. Mediadora Comandante. Orientador Paulo Henrique Colonese. Bolsa Auxílio Espaço Ciência Viva.
Aerogamis: de aero + gami (origami): Origamis Voadores
O mais incrível sobre um avião de papel é que só precisamos de uma folha de papel e criatividade, nada mais. E, na maioria das vezes, nem precisamos de tesouras, cola, fita ou clipes de papel, exceto para adornos e acréscimos de detalhes especiais.
Algumas dobras, alguns ajustes e pronto, você tem um incrível avião de papel.
As propriedades do papel, sua forma, seu tamanho, sua massa e especialmente suas proporções, fornecem ao avião todos os atributos de que ele precisa para voar e as dobras vão lhe dar características especiais para os tipos de vôo que realizam.
Borboleta Pirueta
Você já observou o voo de uma borboleta e como ele é interessante?
As borboletas voam com uma leveza e de forma tão majestosa que deixam encantados qualquer observador!
Agora, imagina uma borboleta descendo livremente até o chão, fazendo acrobacias durante seu percurso!
Uma borboleta fazendo acrobacias como um atleta em saltos de piscina.
Não conhecemos uma borboleta real que faça isso, mas podemos criá-la com nossa imaginação e investigar que acrobacias ela consegue fazer durante sua queda suave.
Convidamos você a criar e investigar uma Borboleta Pirueta, como lançá-la, resolver alguns desafios e uma breve explicação inicial de como ela consegue fazer suas incríveis acrobacias!
Vamos investigar?
MATERIAL NECESSÁRIO
- 1 folha de papel tamanho A4.
- 1 tesoura.
A folha A4 é de uma família de folhas (A) que possui uma proporção especial entre seu comprimento e sua largura. A folha A “4” possui as medidas: largura de 21 cm e comprimento de 29,7 cm. Estas medidas estão na proporção C/L = 1,4142. Este valor é aproximadamente a raiz quadrada de 2 = 1,4142…
Esta proporção é considerada especial pois relaciona a folha retangular ao retângulo quadrado. Esta proporção é a mesma encontrada entre as medidas do lado e da diagonal de todos os quadrados. Isto significa que se tivermos um quadrado com lado de 21 cm, a sua diagonal tem cerca de 29,7 cm.
Então a família de folhas A tem a mesma proporção que a diagonal D e o lado L de um Quadrado (D/L).
Esta proporção é muito usada em aviões de papel.
Vamos dobrar?
Para fazer a borboleta, você precisará de uma folha de papel Quadrada. E como transformamos uma folha A4 em uma folha Quadrada?
Existem muitas maneiras de fazer isso, mas vejamos um método muito popular entre os Origamigos.
- Pegue a ponta superior direita do papel e a leve até a lateral oposta, um pouco abaixo da metade do papel.
- A ideia é que o lado superior da folha A4 (seu lado menor) fique exatamente sobreposta à lateral esquerda do papel.
- Dobre e marque bem a dobra.
- Você perceberá que teremos um triângulo retângulo e que “sobrará” um retângulo na parte de baixo do papel. Com uma tesoura (e a ajuda de um responsável), corte esse retângulo.
- Pronto! Agora é só abrir a dobra feita e você tem uma folha de papel quadrado!
Veja abaixo a demonstração de como fazer.
Agora que você já tem o papel quadrado, podemos começar a fazer a Borboleta Pirueta.
Observe o passo-a-passo abaixo.
Mantenha o mouse fora da imagem para ver a imagem sem a legenda. Assim você consegue observar e acompanhar melhor cada dobra feita!
Hora de Lançar
Depois de fazer todas as dobraduras e a sua borboleta parecer simétrica, é hora de colocá-la para voar!
O seu lançamento é diferente de um lançamento de avião de papel. Para que a sua borboleta faça as piruetas aéreas, aponte o bico dela para cima e lance-a para cima, como mostrado nas imagens abaixo.
Observe o que acontece com ela ao ser lançada.
Acervo pessoal de Aline dos Santos Silva.
Criar e Investigar
Fonte Freepik Gratuita. Foto criada por Freepik – br.freepik.com.
Apresentamos abaixo desafios para você investigar algumas alterações feitas na Borboleta Pirueta que podem afetar a maneira como ela voa.
DESAFIO 1. Experimente diferentes tamanhos de bicos
Ao fazer a dobra 03, experimente levar o papel um pouco mais para cima e, também, um pouco mais para baixo.
Desse modo, você modifica o tamanho do bico e das asas de sua Borboleta Pirueta. E isso afeta as piruetas e queda da Borboleta.
Investigue o que acontece quando você lança sua borboleta com essas mudanças. Qual delas dá mais piruetas no ar?
Desafio 2. Diferentes Modos de Lançamento!
Quando lançamos um avião de papel, é comum que façamos isso jogando-o para a frente. Vimos ali em cima que com a borboleta, temos que lançá-la jogando-a para cima. Será que se lançarmos ela da mesma forma que lançamos um avião ela dará suas piruetas? Vamos tentar?
Lance-a de diferentes maneiras: com a ponta para baixo e de ponta cabeça.
- Segure-a em diferentes pontos do corpo da Borboleta.
- Use mais força (ou menos) ao lançar!
- Modifique o ângulo de suas asas: Coloque-as mais para cima, paralelas ao corpo e bem juntas dele.
- Segure-a com o bico para cima e solte-a, deixando ela cair.
A característica básica dos saltos ornamentais em piscina que buscam criar piruetas é o ato de se lançar ao ar em “grau”, isto é, se lançar para o alto e para frente. Por mais variado que seja o salto, existem os movimentos e posições básicas que um saltador deve executar para conseguir criar diferentes efeitos acrobáticos durante a queda.
O importante é se divertir e observar como pequenas mudanças podem fazer grandes diferenças no voo da sua borboleta!
Desafio 4. O vôo em ambientes internos (fechados) e externos (abertos)
Teste o voo de sua borboleta dentro de casa e fora dela!
Teste, também de lugares mais altos e lugares mais baixos.
Veja como ela voa quando tem vento e quando não o sentimos. Aproveite o ambiente externo e faça uma competição de piruetas!
Dinâmica de voo e acrobacias das piruetas aéreas
As Borboletas Piruetas são verdadeiras atletas de Saltos Ornamentais.
Os atletas de Salto Ornamental e outros esportes que praticam piruetas aéreas precisam posicionar seu corpo para criar o efeito Pirueta.
Com a sua borboleta pirueta em mãos, observe as dobras que foram feitas nela.
Você irá perceber que tem partes que possuem mais dobras que outras e que a borboleta é mais leve em seu bico e mais pesada na parte de trás. Isso cria uma grande assimetria (diferença) entre a parte da frente e a parte de trás da dobradura. Essas dobras não são feitas aleatoriamente e foram criadas para ampliar o efeito de pirueta ou salto mortal durante o voo queda da dobradura.
Essa diferença de pesos que falamos acima é chamada de distribuição de massa.
Massa, Equilíbrio e Piruetas
Vamos fazer um teste para entender melhor sobre essa distribuição? Pegue uma régua e observe que ela possui o mesmo peso em todo o seu comprimento, isso quer dizer que a distribuição de massa dela é homogênea, ou seja, igual para todos os pontos dessa régua.
Agora tente equilibrar essa régua com apenas um dedo. Em qual posição ela fica mais equilibrada?
É provável que a sua resposta seja: “no meio dela”.
Por possuir uma distribuição de massa homogênea, o seu ponto de equilíbrio estará exatamente em seu meio e esse ponto é chamado de centro de massa.
No caso da borboleta pirueta, teremos uma distribuição de massa diferente pois, como observamos acima, ela possui a parte da frente mais leve que a parte de trás. Isso faz com que o centro de massa dela não fique centralizado e sim mais próximo da parte mais pesada.
Desafio Centro de Equilíbrio e Distribuição de Massa
Você pode fazer um segundo teste para entender como funciona o centro de massa em objetos com distribuição de massa irregular. Pegue uma caneta com tampa e tente equilibrá-la com o dedo posicionado no centro da caneta. Você notará que ela não fica equilibrada. Agora vá posicionando o dedo mais próximo da parte com tampa. Ao fazer isso, você começa a equilibrá-la melhor.
Perceba que a parte equilibrada do lado esquerdo é maior que a do lado direito do dedo de apoio.
Quando lançamos a borboleta para cima, estamos fornecendo uma energia para que ela se movimente, chamada de energia cinética. Depois que a energia cinética do lançamento inicial acaba, a borboleta começa a cair por causa da gravidade. À medida que ela cai, suas asas desviam o ar para trás e para baixo, proporcionando impulso e sustentação. Mas, por causa do seu centro de massa, ela não consegue planar por muito tempo e acaba girando.
Essa repetição que ocorre entre planar e girar dá o efeito de giros que observamos quando a borboleta cai. É isso que faz com que ela dê cambalhotas!
Assista o vídeo abaixo e observe, em câmera lenta, esse movimento interessante!
O tamanho do bico também modifica as piruetas dadas pela borboleta. Você deve ter notado que a borboleta com o bico maior não dá muitas cambalhotas e isso ocorre porque a distribuição de massa é diferente da borboleta com o bico menor.
Sobre as diferentes formas de lançar sua borboleta, você notou alguma diferença ao lançar sua borboleta com o bico virado pra cima e com o bico virado para baixo? Quando lançamos ela com a parte reta para cima, encontramos mais resistência ao lançamento. Essa resistência é chamada de resistência do ar, ou seja, é como se o ar quisesse impedir que a borboleta subisse. Ela varia (aumenta ou diminui) de acordo com a área de papel que entra em contato com ela. Perceba que a ponta possui menos papel que a traseira.
Ao lançá-la como um avião de papel tradicional, o que você observou? Ela não consegue ir muito longe, não é mesmo? Sua estrutura não é de um avião planador, que consegue atingir distâncias bem grandes. Então, ao ser lançada dessa forma, ela passa a fazer suas acrobacias novamente.
E o que você observou ao modificar o ângulo de suas asas? Quando elas estão mais abertas ou bem inclinadas para cima, ela dá menos piruetas. Quando as asas estão mais próximas do corpo da borboleta, a quantidade de piruetas aumenta. Isso acontece porque, ao aproximarmos as asas do corpo da borboleta, estamos concentrando sua massa em um ponto e isso faz com que a sua velocidade aumente e ela gire mais rápido.
Desempenho da borboleta pirueta
Como nos campeonatos de Saltos Ornamentais, as competições mundiais de aviões de papel, também possuem várias categorias para avaliar e pontuar diferentes efeitos acrobáticos dos aviões, gerando uma pontuação para o desempenho de cada avião.
Aplicamos os critérios das competições para avaliar a Borboleta Pirueta.
Avaliação de Desempenho: a pontuação varia de 0 (péssimo) a 100 (fantástico) nas diferentes categorias.
- Tempo de permanência no ar: 10
- Velocidade de vôo: 10
- Distância percorrida: 10
- Acrobacias e efeitos de vôo: 90 (ela pode realizar muitas piruetas dependendo de que altura você a soltar).
Confira mais sobre os campeões das competições aqui.
Continue investigando
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Referências aerogamis
- CARLOS ALFREDO ARGUELLO. A CIENCIA DOS AVIOES DE PAPEL. Museu Dinâmico de Ciências de Campinas. Universidade Estadual de Campinas. Núcleo Interdisciplinar para Melhoria da Ciência. Campinas. 1986.
- Nicolau Gilberto Ferrara. A Física nos esportes (1). Blog Os Fundamentos da Física. Disponível em: https://osfundamentosdafisica.blogspot.com/2016/07/a-fisica-nos-esportes.html . Acesso em 17 de abril de 2021.