Aerogami: A Borboleta Planadora

Capa: Borboletas Planadoras na arvore. Acervo pessoal Roberto Pessoa do Nascimento.

Temporada: Investigando Aviões de Papel.

Bem vindos ao episódio Borboleta Planadora da temporada Investigando Aviões de Papel.

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 voo que realizam.

Borboleta Planadora

Este avião de papel, ou melhor, Borboleta de papel, é ótimo para os apaixonados por borboletas! No decorrer da página você será guiado para vários desafios, e com eles você conseguirá desvendar e aprender todas as características tanto do Aerogami Borboleta assim como do voo das borboletas que você observa em jardins.

Com certeza, o jeito que as borboletas voam já lhe chamou a atenção porque não há como comparar o voo dela com a de outros insetos, como besouros e mosquitos. Só por esse motivo (e vários outros que vamos descobrir no decorrer da página) o voo das borboletas já nos cativa.

O voo da Borboleta Planadora é de certo modo inusitado e seu lançamento também! Bom… acho que isso é o suficiente para lhe convidar para esta jornada e descobrirmos e experimentarmos juntos. Vamos começar !

MATERIAL NECESSÁRIO

• 1 folha de papel para origami 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 Iniciar Nossas Dobraduras!

Antes de iniciar, precisamos de uma folha quadrada. Não se preocupe, vamos utilizar uma folha A4 para fazer a folha quadrada!

Vamos fazer nossa folha quadrada! Para isso siga o pequeno o passo a passo abaixo.

Agora, com a folha quadrada em mãos podemos partir para o passo a passo da Borboleta Planadora.

Hora de Lançar

Ele é bem simples de ser montado não é mesmo?! Mas e o lançamento, será que é o que fazemos na maioria das vezes quando lançamos os aviões de papel, impulsionando-o?

Se você ainda não experimentou, este é momento certo para você testar a primeira noção que vier a sua mente. E ai? Conte pra gente, a que conclusão você chegou!

Mas não acaba por ai, há muito o que aprender e observar! Vamos começar?

Desafio 1: O Primeiro Voo.

Vamos começar vendo como a nossa Borboleta Planadora se comporta apenas soltando-a livremente no ar.

Segure ela na altura do seu “corpo” e solte-a, logo após observe como o voo dela se desenvolve. Faça mais de uma vez e perceba os pequeno detalhes de como ela se comporta.

Você pode variar a altura de onde você a solta, isso pode ajudar um pouco!

Experimente também soltá-la segurando a borboleta pela ponta de sua traseira, e com sua parte frontal (mais pesada) bem para baixo.

Criar e Investigar

Agora as coisa vão ficar mais interessantes! Vamos juntos ajustar alguns componentes, e até mesmo efetuar alguns cortes sobre a Borboleta Planadora, para estudarmos a importância da forma das asas sobre o vôo.

Agora começamos a real investigação!

Desafio 2: Lançando com Configurações de Asas Diferentes.

• Vamos começar mudando aos poucos os ângulos de inclinação até que as asas fiquem quase horizontais e assim soltando a Borboleta Planadora a uma altura fixa, por exemplo em cima de um banco ou uma cadeira. Experimente!

OBS: Quando as asas ficarem cara vez mais horizontais você pode segura-la na ponta traseira e impulsiona-la ou, mente-la apoiada na sua mão aberta e quando for solta-la apenas tirar a mão rapidamente.

Desafio 3: Diminuindo a Superfície da Asa.

• Faça algumas modificações nas asas tanto para tornar a Borboleta com um designer diferente assim como um para vermos como ela se comporta quando fazemos essa mudança. Veja o exemplo abaixo, mas você é livre para fazer uma asa inspirada em uma borboleta real.

Além de fazer cortes diferenciados nas asas, você pode fazer um designer único ou até mesmo imitar as cores e o desenho de borboletas reais. Abaixo estão algumas borboletas para você se inspirar.

Desafio 4: Lançando em Locais Abertos.

• Tente lançar a Borboleta Planadora em locais abertos, principalmente em lugares que possuam uma certa elevação. Locais abertos são ótimos para esse tipo de Aerogami!

• Caso você possua uma varanda grande experimente lança-la!

• Utilize o vento ao seu favor!

Desafio 5: E se as Borboletas forem menores?

• Com a parte da folha que você cortou para fazer a folha quadrada, você pode fazer “mini-borboletas” seguindo o mesmo passo a passo, e experimentar a diferença de uma Borboleta Planadora grande e uma pequena. Qual será que permanece mais tempo no voo? Descubra!

Você também pode personaliza-las com cortes nas asas das mais variadas formas.

Aerogamis: Energia x Gravidade

Você pôde ter percebido que vários fatores podem favorecer o voo da Borboleta Planadora. Vamos ver, nesta seção, algumas características importantes e seu papel no voo.

Dinâmica de voo da Borboleta Planadora

Você pode ter percebido que mesmo lançando a Borboleta Planadora com um impulso razoável, ela não desempenha uma boa performance em velocidade e também em acrobacias, esta borboleta de papel se assemelha um pouco ao voo das borboletas reais, pois até as reais não possuem voos rápido, algumas até parecem desenvolver voos suaves e bonitos mas isto depende um pouco do ponto de vista. Vamos falar um pouco do voo das borboletas no tópico abaixo, mas primeiro vamos discutir as características da nossa Borboleta Planadora.

Quando você lançou com a angulação das asas diferente, houve alguma diferença no tempo de voo? Você, com certeza, reparou que quando as asas estavam quase totalmente horizontais a Borboleta Planadora planava por mais tempo que nas outras configurações de asas. Isso se deve ao fato que a força abaixo das asas quando quase horizontais, é em grande parte vertical e para cima “equilibrando” o peso dela; quando as asas estão mais inclinadas as componentes da força acabam tendo uma componente majoritariamente horizontal e para o centro da Borboleta assim acabam não contribuindo significativamente para o efeito de planar.

E os designer nas asas, possuem alguma relevância no voo? Quando modificamos as asas não há uma grande diferença em seu voo se, e somente se, os cortes forem simétricos em ambas as asas. Caso uma asa tenha uma área maior que a outra ocorrerá um desequilíbrio e consequentemente não ficará muito tempo planando.

E as pequenas borboletas? Se você lançou as borboletas conseguiu ver que as pequenas se mantem pouco tempo no ar, apesar de serem mais leves, elas possuem uma asa bem menor que as borboletas maiores, ou seja, uma superfície das asas bem pequena, insuficiente para equilibrar de forma efetiva o peso dela.

Mas é importante saber que, se no local onde você for lança-las estiver ventando bastante, as borboletas pequenas podem sim voar por mais tempo que as maiores. Utilize o vento ao seu favor!

Curiosidade sobre o Voo das Borboletas

Os insetos são os voadores mais antigos vivos; eles evoluíram com uma estrutura de voo sofisticada e desempenho de voo que adapta-se aos seus ambientes. Para que os insetos consigam executar um voo eles devem produzir forças aerodinâmicas suficientes para sustentar seu peso contra a gravidade e superar o a força de arrasto. Para as borboletas não é diferente, no entanto as borboletas possuem um voo único, diferentes de todos os inseto que você já viu.

Nas borboletas, diferentemente dos outros insetos, nós conseguimos perceber os batimentos de suas asas e as vezes até mesmo contar. Asas grandes como a da borboleta possuem uma superfície de contato com o ar muito grande e é necessário apenas algumas batidas para que ela consiga um impulso suficiente para voar, de um canto ao outro.

O voo livre de uma borboleta é realmente difícil de definir, mas alguns estudos preliminares foram feitos e com ele foi possível dividir o seu voo em um ciclo, em primeira aproximação, dividido em quatro (4) modos, ou melhor, quatro etapas, que são eles: voo horizontal, voo oblíquo, voo vertical e queda.

• Voo horizontal: É quando a borboleta se apresenta, momentaneamente, voando horizontalmente durante um curto espaço.
• Voo oblíquo: É quando a borboleta se move para frente e para cima, iniciando um voo inclinado.
• Voo para cima: Ocorre predominantemente quando a borboleta ganha altitude. Geralmente quando as asas se encontram abaixo do corpo e a parte frontal da borboleta orientado para cima.
• Voo queda: É quando a borboleta se encontra em queda livre, ou quando não consegue manter sua altitude. Geralmente o corpo se encontra inclinado para baixo.

Abaixo uma representação de um ciclo do voo da borboleta ganhando altitude.

A inclinação da borboleta é essencial para cada um desses modos de voos, e que dependendo da inclinação a borboleta consegue até mesmo fazer pequenas manobras no ar. Você pode perceber no esquema acima que para um voo horizontal a inclinação é pequena, mas para um voo vertical a inclinação pode chegar a 90°.

Esta característica peculiar do voo da borboleta é de extrema importância para sua sobrevivência, se você já tentou capturar uma borboleta na mão e ela simplesmente se esquivou é por causa desses modos de voo acima que ela consegue rapidamente mudar seu curso de voo, sendo assim um dos voos mais imprescindíveis na natureza.

Não podemos esquecer do tamanho das asas e a sua importância. As borboletas em média executam cerca de 10 batimentos de asas a cada segundo (ou sejam uma frequência de 10 Hz), possuem também asas flexíveis que imprimem a elas um melhor desempenho no voo pois se tivessem asas rígidas necessitariam de mais energia a cada batimento; com essas características os voos das borboletas parecem ser mais eficientes em termos de energia, comparados aos de outros insetos.

Quando as asas executam um batimento, por exemplo no final do voo vertical, quando as asas se encontram abaixo do corpo da borboleta, o ar entre as asas é pressionado para fora, criando ali um local de alta pressão, empurrando-a na direção oposta, neste movimento podemos perceber a terceira Lei de Newton- Ação e Reação.

No vídeo abaixo, você pode conferir os modos de voo assim como o batimento das asas da borboleta. Você pode ativar a legenda e também colocar na opção de tradução automática para melhor entendimento.

Desempenho da Borboleta Planadora

Você com certeza percebeu que a Borboleta Planadora consegue se manter um bom tempo no ar se suas asas estiverem bem abertas e se no local tiver um vento razoável. Essa análise das características de voo é de muita importância para competições de aviões de papeis. Conheça um pouco sobre as competições.

Abaixo você pode conferir uma pontuação da Borboleta Planadora em algumas categorias que são relevantes nas competições de avião de papel.

Conheça um pouco mais sobre as categorias.

Avaliação, as categorias são pontuadas de 0 a 100.

• Tempo de permanência no ar: 45 (ela é planadora, se mantém no ar, mas está sempre em queda. Diferente das borboletas reais que batem as asas eventualmente para subir mais e permanecer mais tempo voando).
• Velocidade de vôo: 10 (ela tem um vôo suave, mas sua velocidade de planagem depende um pouco do vento e da altura com que é lançada)
• Distância percorrida: 45 (depende também da altura com que é lançada, mas não é um modelo de grandes distâncias).
• Arcrobacias: (acrobacias e efeitos de voo): 5 (ela voa suavemente sem efeitos arcrobáticos)

Continue investigando

Gostou de fazer a borboleta planadora?

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• Aerogami: Avião Nakamura
• Aerogami: Avião Giroscópico
• Aerogami: Avião Dardo
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• Aerogami: Borboleta Pirueta
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Referências

Fei, Yueh-Han John and Yang, Jing-Tang. Importance of body rotation during the flight of a butterfly. Phys. Rev. E 93, 033124. DOI: 10.1103/PhysRevE.93.033124. Disponível em: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.93.033124. Acesso em 2 abr. 2021.

Johansson L.C., Henningsson P., Butterflies fly using efficient propulsive clap mechanism owing to flexible wings. J. R. Soc. Interface 18: 20200854. 2020. Disponível em: https://doi.org/10.1098/rsif.2020.085. Acesso em 5 abr. 2021.

Naoto Yokoyama, Kei Senda, Makoto Iima, and Norio Hirai. Aerodynamic forces and vortical structures in flapping butterfly’s forward flight, Physics of Fluids 25, 021902. DOI: 10.1063/1.4790882 Disponível em: https://doi.org/10.1063/1.4790882. Acesso em 5 abr. 2021.

Carlos Alfredo Arguello. A Ciência dos Aviões de Papel. Museu Dinâmico de Ciências de Campinas. Universidade Estadual de Campinas. Núcleo Interdisciplinar para Melhoria da Ciência. Campinas. 1986. Acervo pessoal Paulo Henrique Colonese.

Lorena Tarcia. A ciência dos aviões de papel. Minas faz ciência, 5 de abril de 2019. Disponível em: <https://minasfazciencia.com.br/infantil/2019/04/05/a-ciencia-dos-avioes-de-papel/>. Acesso em 16 abr. 2021.