Noções básicas de Aero

Princípios fundamentais da aerodinâmica no ciclismo, incluindo componentes da força de arrasto e seu impacto na otimização do desempenho.

Em velocidades de ciclismo mais altas, uma parcela significativa da potência do ciclista é gasta em vencer a resistência aerodinâmica (Martin et al. 1998).

À medida que a velocidade aumenta, a resistência do ar cresce exponencialmente, o que significa que um pequeno aumento de velocidade requer desproporcionalmente mais potência para manter. Pesquisas mostram que em altas velocidades, até 80–90% da produção de potência de um ciclista é dedicada a vencer a resistência do ar (Bassett et al., 1999; Faria, 2005). Isso se deve à relação entre velocidade e arrasto, onde a potência necessária para contrabalançar o arrasto aumenta com o cubo da velocidade (Martin et al., 1998). Como resultado, reduzir o arrasto por meio da posição do corpo, equipamentos ou vestuário pode ter um impacto substancial no desempenho ciclístico, especialmente em contrarrelógios ou corridas de estrada em que manter altas velocidades é crucial (Faria et al., 2005).

A força de arrasto aerodinâmico é definida como a resistência experimentada por um objeto que se move através de um fluido, como o ar. É causada principalmente por diferenças de pressão entre as superfícies frontal e traseira do objeto e pelo atrito do ar contra sua superfície. A fórmula para a força de arrasto aerodinâmico é:

Fórmula da força de arrasto aerodinâmico mostrando a relação entre a força de arrasto e a densidade do ar, velocidade ao quadrado, área frontal e coeficiente de arrasto

... o que nos diz que a força de arrasto aerodinâmico é relativa a 4 fatores:

• Densidade do ar (rho)

• A velocidade (na verdade, o quadrado da velocidade) do ar em relação ao ciclista

• A área frontal (A)

• O Coeficiente de arrasto (Cd). Isso quantifica o arrasto ou resistência de um objeto em um ambiente fluido, como ar ou água. Representa o quão aerodinâmico é um objeto, ou quão eficientemente ele corta o fluido. O valor de Cd depende da forma, da rugosidade da superfície e das condições de escoamento ao redor do objeto. Valores mais baixos indicam objetos mais aerodinâmicos, enquanto valores mais altos refletem maior resistência.

No ciclismo, estamos interessados em minimizar a força de arrasto aerodinâmico, para que mais da potência produzida pelo atleta vá para o aumento da velocidade. Quais desses fatores podemos controlar?

• Não podemos controlar a densidade do ar

• Seria contraproducente reduzir a velocidade apenas para diminuir a força de arrasto aerodinâmico, já que a velocidade é o que estamos tentando maximizar no geral

• Podemos controlar o Coeficiente de arrasto, mudando a forma (posição) e a rugosidade da superfície do ciclista e da bicicleta

• Podemos controlar a Área Frontal, alterando a posição do ciclista.

Portanto, grande parte do esforço na otimização aerodinâmica concentra-se nos fatores Cd e A.

Referências

Fox, R.W., & McDonald, A.T. (1973). Introduction to fluid mechanics (2nd ed.). New York: Wiley.

Martin JC, Milliken DL, Cobb JE, McFadden KL, & Coggan AR (1998). Validation of a mathematical model for road cycling power. Journal of Applied Biomechanics, 14(3), 276-291.

Bassett, D. R. Jr., Kyle, C. R., Passfield, L., Broker, J. P., & Burke, E. R. (1999). Comparing cycling world hour records, 1967–1996: Modeling the human-machine interface. Medicine & Science in Sports & Exercise, 31(11), 1665-1676

Faria, E. W., Parker, D. L., & Faria, I. E. (2005). The science of cycling: Factors affecting performance – Part 2. Sports Medicine, 35(4), 313-337.