Força G nos pilotos de automobilismo

O piloto Nelsinho Piquet e o Fisioterapeuta Adriano Tiezerini em 2.009 logo após a saída do piloto da Formula 1, atualmente Nelsinho é piloto da Nascar nos EUA correndo em circuítos ovais onde a Força G é mais acentuada. 

Força G nos pilotos de automobilismo
Por: Adriano Tiezerini 

O cálculo das forças G sobre os pilotos é realmente bem simples. Precisamos somente conhecer o raio das curvas e a velocidade dos carros. Vou citar como exemplo nesse artigo a corrida que ocorreu em 2001 da formula Indy, no Texas.
Conforme Track Facts da Texas Motor Speedway, as curvas da pista têm um raio de 228,5 metros (750 pés). Durante a prova, os carros completam as voltas a cerca de 370 km/h (230 mph).
Em 29 de abril de 2001, funcionários da CART (Champion Auto Racing Teams) cancelaram uma corrida no Texas Motor Speedway, porque os pilotos tiveram vertigens após apenas 10 voltas. A combinação de altas velocidades e curvas fechadas do Texas Motor Speedway gera forças de quase 5 G nas voltas. Um G é a aceleração da gravidade da Terra - se ela for multiplicada pela massa de uma pessoa é possível determinar o quanto essa pessoa pesa. A 5 G, um piloto experimenta uma força igual a cinco vezes o seu peso. Por exemplo, em uma curva a 5 G, o piloto tem a sensação de uma força que corresponde àquela exercida por uma massa que varia de aproximadamente 27 a 32 kg (60 a 70 libras) empurrando sua cabeça para o lado. Vejamos como calcular quantos G um carro gera em uma curva e como esses Champ cars podem permanecer na pista, mesmo submetidos a forças tão altas.
Quando um carro contorna uma curva, ele acelera o tempo todo (isso se deve ao fato de que, quando você faz uma curva em seu próprio carro, sente uma força empurrando seu corpo para fora do carro). A aceleração é igual à velocidade do carro elevada ao quadrado e dividida pelo raio da curva:

A = v2 / r


 Vamos aos números:
• 370 km/h é 102,8 m/s2;;
• (102,8 m/s)2/228,5 m = cerca de 46,2 m/s2;
• a aceleração decorrente da gravidade (1 G) é igual a 9,8 m/s2;
• 46,2 / 9,8 = 4,71 G - é a isso que os pilotos são submetidos.

Como um carro pode permanecer na pista sob esse tipo de força? Graças às curvas inclinadas.
O Texas Motor Speedway possui curvas com inclinação de 24º. Na realidade, a inclinação não afeta a forma como calculamos a força G sobre os pilotos, mas sem a inclinação o carro nunca conseguiria contornar essa curva estreita a 370 km/h. Vejamos como a inclinação ajuda.
Se um Champ car tentasse fazer uma curva plana a 370 km/h, ele derraparia direto para fora da pista porque não teria tração suficiente. A tração é proporcional ao peso sobre os pneus (quanto mais pesado, maior a tração). A inclinação de uma curva permite que parte da força G criada na curva aumente o peso sobre os pneus, aumentando a tração.
Para calcular que parte da força G aumenta o peso sobre os pneus, multiplique a força G pelo seno do grau da inclinação. No nosso exemplo:

4,71 G x sin24º = 1,92 G


De modo que, com uma inclinação de 24º, o peso adicionado às rodas é de 1,92 G. Além disso, parte da gravidade da Terra, de 1 G, também é somada no peso sobre os pneus: 1 G x cos24º = 0,91 G. Somadas, 2,83 G (ou 2,83 vezes o peso do carro) empurram o carro para baixo durante a curva, ajudando-o a se manter na pista.
A aerodinâmica do carro também cria uma força para "baixo", significativa a 370 km/h. Em um avião, as asas fornecem sustentação no ar. Um Champ car possui defletores de ar (spoilers) que se parecem com asas invertidas, fornecendo o oposto à sustentação no ar: força para baixo. A força para baixo mantém o carro preso à pista, com uma pressão para baixo fornecida pelas asas dianteira e traseira e também pela própria carroceria do carro. O valor da força para baixo é surpreendente - em um carro viajando a 322 km/h (200 mph), essa força pode realmente fazer o carro ficar preso ao teto de um túnel e fazer o carro ficar invertido. Em uma corrida em ruas, a aerodinâmica produz sucção suficiente para realmente levantar as tampas de bueiros - antes das corridas, todas as tampas de bueiros são soldadas para impedir que isso ocorra.
Levando-se em conta a força para baixo e a força G, bem mais do que quatro vezes o peso do carro seguram os pneus na pista quando o carro faz essas curvas inclinadas de 24º a 370 km/h.
Os pilotos sofrem um enorme castigo em uma pista como essa. Esse nível de aceleração é maior do que a maioria das pessoas já experimentou. Mesmo o ônibus  espacial desenvolve somente 3 G na decolagem. O mais surpreendente é o tempo que esses pilotos toleram esse tipo de força. O Texas Motor Speedway tem 2,4 km (1,5 milha) de comprimento: a reta frontal tem 686 m (2.250 pés) de comprimento e a reta oposta tem 405 m (1.330 pés) de extensão. A 370 km/h (10,8 m/s), os pilotos demoram cerca de 6,5 segundos para percorrer a reta frontal e então eles enfrentam quase 5 G de forças nos 6,5 segundos seguintes, enquanto eles contornam a curva. Demora somente cerca de 4 segundos para percorrer a reta oposta antes da próxima curva e outros 6,5 segundos de quase 5 G. Se a corrida planejada de 966 km (600 milhas) tivesse ocorrido, os pilotos teriam sofrido uma variação de 5 G até quase zero G, cerca de 800 vezes.