Noções básicas de aerodinâmica
Princípios fundamentais da aerodinâmica no ciclismo, incluindo componentes da força de arrasto e seu impacto na otimização de desempenho.
Em velocidades de pedalada mais altas, uma porção significativa da potência de um ciclista é gasta em vencer a resistência aerodinâmica (Martin et al. 1998).
À medida que a velocidade aumenta, a resistência do vento cresce exponencialmente, o que significa que um pequeno aumento de velocidade exige desproporcionalmente mais potência para ser mantido. Pesquisas mostram que em altas velocidades, até 80–90% da 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 contrariar 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 contra-relógios ou corridas de estrada onde 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:
... 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). Isto 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 efetivamente 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 menores indicam objetos mais aerodinâmicos, enquanto valores maiores refletem mais resistência.
No ciclismo, estamos interessados em minimizar a força de arrasto aerodinâmico, para que mais da potência produzida pelo atleta vá para aumentar a 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, mudando 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 (2ª 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.
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