Capa. Flecha Chinesa. Acervo Roberto Pessoa do Nascimento. Licença CC-BY-NC-SA-4.0. Imagens: Bandeira Dragão da China (1889-1912). Licença de Domínio Público, e Bandeira atual da China (logo circular por Paulo Henrique Colonese). Licença CC-BY-NC-SA-4.0.
Bem vindos ao episódio Flecha Chinesa da temporada Investigando Aviões de Papel.
Roberto Pessoa do Nascimento. Físico. Mediador Comandante. Orientadores: Tânia Goldbach, Paulo Henrique Colonese. Bolsa. IFRJ-CNPq.
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.
Flecha Chinesa
Esta flecha de papel chama a atenção das pessoas que amam filmes de cavaleiros e arqueiros só devido ao seu nome. Em filmes que se passa em épocas medievais ou até mesmo em histórias fantásticas medievais como Senhor dos Anéis, sempre há a presença de arqueiros muito habilidosos, com uma mira impecável. Essas habilidades com arco e flecha com certeza foi adquirida através de muito treino, esforço e dedicação.
Hoje em dia, pessoas ainda praticam tiro com arco mas para competições olímpicas e tribos indígenas que realizam a caça para se alimentar também precisam de boas habilidades de arco e flecha.
Este Aerogami que iremos fazer pertence a mesma família do Avião Dardo, devido a algumas características parecidas que no decorrer da página iremos descobrir.
Com certeza, o jeito que as flechas se comportam no ar já lhe chamou a atenção e a Flecha Chinesa, que convidamos você a fazer conosco, será o nosso guia tanto para conhecermos um poucos mais desta gaivota assim como a aerodinâmica de uma flecha real.
Vamos começar!
MATERIAL NECESSÁRIO
- 1 folha de papel para origami tamanho A4.
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 o passo a passo, recomendamos que você utilize duas folhas, pois este avião de papel possui duas maneiras de finaliza-lo, e fazendo os dois a investigação fica mais interessante !
Vamos começar !
Nos dois papeis siga este primeiro passo a passo abaixo:
Agora, em cada papel siga um dos passo a passo abaixo, que vai ser a Flecha Chinesa 1 e Flecha Chinesa 2.
Flecha Chinesa 1!
Flecha Chinesa 2!
Hora de Lançar
Calma calma calma….
Antes de lança-las, vamos primeiro analisar algumas partes das flechas!
- Veja se os tamanhos das asas estão iguais;
- Observe se o peso da flecha está igualmente distribuído (você pode ver isso apoiando o aerogami sobre um superfície horizontal e observar se ela não fica caindo/inclinado para um lado específico).
Analisar essas partes são importantes pois se houver algo desproporcional o voo pode não ser bem realizado.
Se está tudo em dia, vamos partir para o primeiro voo!
Desafio 1: O Primeiro Voo.
Mire em linha reta, como se você realmente estivesse lançando uma flecha em um alvo, e dê um pequeno impulso. Aos poucos você pode testar impulsos um pouco mais fortes para ver o que acontece.
Quando for lança-la, varie a inclinação das asa
- Mantenha um pouco inclinado as asas e;
- Mantenha as asas totalmente horizontais.
Com qual configuração das asas é melhor lança-las e por quê?
Há diferença para as duas Flechas Chinesas?
Criar e Investigar
Com certeza, você pode reparar algumas características da Flecha Chinesa. Isso torna as coisa mais interessantes!
Caso você não conseguiu observar algumas características, não se preocupe, aqui vai alguns desafios para as duas Flechas Chinesas para você fazer e testar e assim descobrir mais sobre este aerogami.
Desafio 2: Mudando a inclinação das asas menores.
Diferentemente dos outros aviões desta série, esta Flecha Chinesa possui as “asas frontais”. Uma coisa que se pode fazer é inclinar essas asinhas frontais em ângulos dos mais variados para ver o que muda em seu voo.
O que você conseguiu observar?
Desafio 3: Cortes aerodinâmicos.
Podemos também fazer algumas modificações nas asas, do mesmo jeito que fizemos no avião dardo, cortes aerodinâmicos, quem sabe, pode ajudar o avião em seu voo. Esses cortes são chamados de elevadores ou em inglês de elevators.
Experimente fazer esses cortes, veja as imagens abaixo e tente reproduzir. Observe quando for cortar para o corte não ficar tão profundo na asa pois isso pode danificar. Tente fazer um corte de 1 a 2 cm de comprimento e 2 a 4 cm de profundidade na asa.
E ai? o que ocorre se inclinado para cima ou para baixo?
Desafio 4: Lançamento de cabeça para baixo.
Que tal lançarmos ela de cabeça para baixo? Isso mesmo! Será que o tempo de permanência no ar muda? E a velocidade? O voo tem a mesma característica de quando lançamos ele normal? Teste esse voo inusitado e veja o que acontece!
Veja abaixo como se pode lançar a flecha.
Aerogamis: Energia x Gravidade
Com esses desafios acima, você conseguiu perceber que alguns ajustes aqui e ali podem favorecer de forma significativa o desempenho da Flecha Chinesa. Vamos descrever, nesta seção, algumas das características de cada desafio que são importantes na Flecha, e seu papel no voo dela.
Dinâmica de voo da Flecha Chinesa.
Mas afinal de contas… as duas flechas possuem características diferentes?
Na verdade apesar dos dois passo a passo diferentes, elas possuem as mesmas características, as duas possuem as asas frontais e as dobras são praticamente as mesmas mas em lados do papel diferentes.
Quando lançado a Flecha Chinesa com as asas levemente inclinadas, você com certeza pôde perceber que ela se mantem mais tempo no ar e também permanece com um voo reto, isso porque uma certa inclinação nas asas faz com que a força que atua abaixo das delas tenha tanto uma vertical para cima e horizontal para o centro do avião, contribuindo significativamente para seu voo.
Diferentemente dos outros aviões que fizemos nesta série, esta Flecha Chinesa além de ser quase tão rápida como o avião dardo, ela consegue se manter mais tempo no ar, isso devido a sua parte frontal pois as suas asas frontais melhoram a sua estabilidade.
Essa parte frontal faz com que a superfície de contato com o ar aumente, estabilizando de forma mais eficaz seu voo.
Os cortes aerodinâmicos também tem o objetivo de manter por mais tempo a Flecha Chinesa no ar, você percebeu, fazendo o desafio 3, que com os elevadores para baixo a flecha permanece mais tempo no ar, já com os elevadores para cima ocorre o contrário. Isso porque esses cortes fazem com que naquela região a pressão do ar aumente durante o voo ocasionando assim uma força, para cima se inclinado para baixo, ou para baixo se inclinado para cima.
E o lançamento de cabeça para baixo? Realmente este tipo de lançamento não acaba contribuindo de forma significativa para este tipo de avião, mas não deixa de ser um jeito inusitado né?! Neste voo de cabeça para baixo, ele rapidamente vai ao chão mas devido também as inclinações das asas não estarem de forma a ajudar o avião a permanecer no ar.
Curiosidade sobre as flechas.
Arco e flecha. Imagem de TheDigitalWay por Pixabay. Licença CC-BY.
Acredita-se que o conjunto arco e flecha foi desenvolvido desde o período mesolítico, período no qual a sociedade humana passava de uma sociedade nômade para sedentária que corresponde a idade da pedra, algo entre 10 a 5 mil anos A.C. O arco e a flecha auxiliavam principalmente na caça para subsistência mas também o conjunto já foi utilizado em guerras; por ser uma arma de longo alcance o grupo que dominava a fabricação e a técnica do arco e flecha conseguia ferir um grande número de inimigos antes do combate corpo a corpo se iniciar.
O arco e a flecha estão presentes na maior parte das culturas, sejam elas indígenas, chinesas, tribos africanas e o domínio de sua técnica promovia uma sociedade mais forte e preparada para possíveis guerras que poderiam eclodir.
Com o passar dos anos, o uso deste conjunto foi ficando cada vez mais obsoleto devido ao surgimento de armas de fogo pois estas adquiriam mais alcance e maior eficiência, mas hoje em dia ainda se utiliza em competições como tiro com arco, presente nas olimpíadas.
O comportamento de arcos e flechas, o processo de tiro e o voo da flecha em direção aos alvos são descritos e explicados em grande parte pela física, principalmente mecânica, elasticidade e aerodinâmica.
O Arco é um dos mais simples instrumentos inventados pelo ser humano que pode armazenar energia lentamente (esticando a corda do arco) o que nós chamamos de energia potencial, e posteriormente transforma-la em energia cinética da flecha.
Sobre os arcos, existe hoje em dia uma variedade enorme de tipos de arcos no mercado, isso graças ao uso da engenharia para a fabricação de arcos mais resistentes e ao mesmo tempo mais flexíveis. Uma classificação simples dos arcos você pode conferir clicando neste link.
Você com certeza já se perguntou o por que da presença de penas ou até pequenas folhas nas extremidade oposta a ponta de uma flecha, você sabe a funcionalidade delas? Então para sabermos mais, precisamos estudar a estrutura das flechas que são divididas em quatro partes importantes: ponta, haste, nock(encaixe) e rêmiges.
- Rêmiges: do latim remige – remador. Em aves, se relaciona as diversas penas que formam as asas. Em flechas é a extremidade oposta à ponta da flecha, onde se coloca um conjunto de duas a quatro penas resistentes. Em flechas modernas, é mais comum substituir as penas por plástico. A rêmige é a parte responsável pela aerodinâmica da flecha, pois quando a flecha se encontra no ar a sua ponta tende a erguer ou declinar, criando assim uma zona de turbulência na extremidade oposta, por esse motivo foi utilizado penas para estabilizar ao máximo o voo da flecha enquanto no ar.
- Haste: É o corpo da flecha, geralmente feito de um pedaço único de madeira e podendo variar em espessura. Para flechas de caça as hastes poderiam ser de madeiras leves, mas para flechas direcionadas para guerras, as hastes eram mais longas e grossas com o intuito de não quebrar e tornar mais resistente, para penetrar na armadura do inimigo.
- Nock (Encaixe): Local de encaixe da corda do arco com a flecha. Local de apoio para esticar o arco.
- Ponta: Local mais letal de uma flecha, e diferentes tipos de materiais poderiam ser colocados nesta parte como ossos, bronze, pedra, chifre e etc.
Flechas de besta ou arco para guerra ou caça. Provavelmente final do século 15 ou início do século 16. Acervo Metropolitan Museum of Art. Licença CC0 1.0.
Essas quatro partes estão presentes em todas as flechas e cada parte possui uma funcionalidade bem específica.
Também há uma variedade de modificações que cada cultura desenvolveu na sua fabricação de flechas, e arcos como você pode ver abaixo.
Desempenho da Flecha Chinesa.
Você com certeza percebeu que a Flecha Chinesa 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 Flecha Chinesa 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: 75
- Velocidade de vôo: 50
- Distância percorrida: 80
- Arcrobacias: (acrobacias e efeitos de voo): 10
Essas avaliações estão sendo baseadas em experiências feitas em casa em locais relativamente pequenos, devido a pandemia, mas pretendemos faze-lo em locais abertos e com mais liberdade para melhor estuda-los.
Continue investigando
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Referências
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.
A física do arco e flecha. A física ontem e hoje. PIBID física. Disponível em: https://fisica.alegre.ufes.br/sites/fisica.alegre.ufes.br/files/jornal_online_13a_edicao_.pdf. Acesso 16/05/2021.
Meyer H 2015 Applications of physics to archery, arXiv:1511.02250. Disponível em https://arxiv.org/abs/1511.02250. Acesso em 10/05/2021.
Hickman C.N., The Dynamics of A Bow and Arrow. Journal of Applied Physics 8, 404 (1937); DOI:10.1063/1.1710314. Disponível em https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1710314 . Acesso em 07/05/2021.
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 16/05/2021.