A aerodinâmica dos aviõezinhos de papel

Bateria, bandeira, torcida e muitos jovens – todos usando camisetas com a cor e logo de entidades estudantis de ensino superior. O Museu do Amanhã, no Rio de Janeiro, parecia a sede de alguma espécie de jogos universitários. No início do evento, um grupo de cheerleaders se apresentou com uma sequência de músicas que poderia  ter saído diretamente do TikTok. Ao final da performance, um prenúncio do que o público realmente estava lá para ver: do topo de uma pirâmide humana, atletas arremessam aviões de papel.

Era a final brasileira que classifica para o Campeonato Mundial de Aviãozinho de Papel. Mais de 2.500 estudantes participaram das etapas seletivas em 20 cidades do Brasil. O único pré-requisito era estar matriculado em uma faculdade – daí esse clima de confraternização entre calouros e veteranos em plena tarde de segunda-feira. Do total de competidores, apenas oito foram selecionados para a final brasileira, que aconteceu no dia 18 de abril.

Os finalistas tinham de montar, ali mesmo, na hora, aviõezinhos para disputar em uma de duas categorias: “Maior Distância” ou “Maior Tempo de Voo”. Há ainda uma terceira, mas que só rola online, chamada “Acrobacias”. Nessa, os internautas devem gravar um vídeo que incorpore manobras das aeronaves de papel de forma criativa.

Apenas três estudantes, um em cada categoria, são selecionados para disputar a final do mundial, na Áustria. A mesma loucura universitária estava acontecendo em outros 61 países. Todos com o sonho de atingir a glória dos artesãos de papéis dobrados: o de maior jogador de aviãozinho de papel do mundo.

Em 2019, quando foi selecionado para a final global na categoria “Maior Tempo de Voo”, Artur Assunção cursava Engenharia Aeroespacial. “Um professor ficou sabendo e deu várias sugestões de como melhorar minha performance”, lembra. Seu aviãozinho planou no ar por 9,26 segundos, mas ficou atrás do aeroplano de sulfite do australiano Cameron Clark, que venceu a competição com 13,33 segundos.

Artur tinha noções das características que seu aviãozinho precisava ter para durar mais tempo no ar. Mas ainda lhe faltava experiência de competidor. Ele não fazia ideia da complexidade e nível de detalhamento que outros “pilotos” colocavam em prática. Nas próximas linhas, saiba o que é preciso para fazer um aviãozinho de papel perfeito.

“Dardos” de papel

Os primeiros “aviõezinhos de papel” não eram chamados assim – simplesmente porque não existiam aviões de verdade. As menções mais antigas às dobraduras voadoras aparecem em livros de brincadeiras infantis dos anos 1860. E os voos pioneiros dos irmãos Wright, os primeiros a produzir um avião funcional, só aconteceriam em 1903.

Sem avião para fazer a analogia, os primeiros brinquedos eram conhecidos como “dardos de papel” – isso pela forma como são arremessados. O termo “aviãozinho” só pegou mesmo a partir de 1950. Hoje, “dardo” é o nome de apenas um dos modelos de avião de papel – o ideal, inclusive, para a competição de
“Maior Distância”.

Todos os aviõezinhos finalistas da categoria em abril tinham a mesma cara: bem finos e pontiagudos. Eles não conseguem voar por muito tempo, mas seu formato esguio é a melhor forma de vencer a força de arrasto (o atrito do ar) e ganhar velocidade. Logo, mesmo ficando pouco tempo em voo, percorrem distâncias maiores. E não menos importante que a aerodinâmica é a habilidade do lançador. Richard Ferreira, finalista brasileiro na categoria, sabe bem disso: ele é atleta de arremesso de dardos de verdade.

Esse estudante de Educação Física diz que o melhor ângulo de arremesso entre o chão e o corpo do aviãozinho (tanto para os dardos quanto para os aviões) é algo entre 33 e 37 graus. Antes de entrar na “pista de voo” – onde iria lançar o papel –, Richard alongou os braços e pernas, simulou movimentos de arremesso e fechou os olhos. A concentração deu resultado: seu aviãozinho atingiu 37 metros de distância.

Ele não foi campeão por pouco. O vencedor da noite foi Isaac Queiroz Leite, que arremessou o avião a incríveis 40,3 metros. Quase meio campo de futebol em 3 segundos (47 km/h de velocidade média). Para dar uma ideia: eu, que participei de uma das etapas classificatórias sem experiência alguma, lancei meu avião a 4,6 metros. Aí nem tem graça calcular a velocidade.

Planadores saídos de folhas de caderno

A segunda prova da competição foi a de “Maior Tempo de Voo”. Os aviõezinhos dessa categoria também pareciam idênticos entre si: todos tinham asas grandes com pequenas dobras nas extremidades. Esses são os modelos do tipo “planadores” – e são os que mais lembram o funcionamento de um avião de verdade.

Começando pelo avião real. Existem quatro forças atuando sobre a aeronave enquanto ela voa: o arrasto (a resistência do ar), a força de impulso (exercida pela turbina), a gravidade (autoexplicativa) e a “força normal” (também chamada de sustentação). Essa última é exercida pelo próprio ar, e empurra o avião para cima. Vamos entender como ela funciona.

Toda força exercida gera uma reação oposta. Se você socar uma parede, é como se ela estivesse socando o seu punho com a mesma intensidade. Essa é a Terceira Lei de Newton. Quando o vento flui pela asa de um avião, as interações eletromagnéticas entre as moléculas da atmosfera e da superfície fazem com que o ar contorne o objeto – fenômeno chamado “Efeito Coandă”. O formato das asas faz com que esse ar seja jogado para baixo, provocando uma força de reação (sustentação) para cima, que sustenta o avião*.

No final das contas, todas as forças se equilibram para manter o avião no ar: o impulso compensa o arrasto, e o sustentação compensa a gravidade. Mas como isso funciona no aviãozinho de papel?

Bom, a sustentação acontece graças à fenda que existe entre as asas do avião de papel. Como o avião é jogado para cima, o ar passa pela dobradura central e é desviado para baixo, gerando uma força de empuxo que sustenta as asas.

No aviãozinho de papel, ter uma asa maior significa que o empuxo tem mais área para atuar, o que sustenta melhor o brinquedo. Por outro lado, asas grandes têm maior atrito com o ar, então esse aviãozinho não irá tão longe.

O maior truque é fazer pequenas dobras para cima nas pontas das asas e deslocar o centro de massa ligeiramente para frente. Após o lançamento, a ponta do avião uma hora vai começar a cair, apontando para baixo. O ar seguirá o formato das asas do avião e baterá nas dobraduras das extremidades de forma mais intensa. A resistência das dobras, então, levanta a ponta do avião e faz com que ele suba novamente, prolongando o voo.

Os aviões comerciais têm um mecanismo semelhante: a empenagem. São aquelas estruturas pequenas que parecem asas, mas ficam na traseira do avião. O piloto consegue controlá-las de acordo com a necessidade. Por exemplo: se muitos passageiros estão sentados na parte dianteira da aeronave, significa que o centro de gravidade está deslocado para a frente. Nesse caso, a empenagem levanta para que a ponta do avião suba e mantenha a estabilidade no ar.

Inspiração renascentista

Até agora falamos do alcance e da autonomia dos aviões. Só que, ao contrário das aeronaves reais, os aviõezinhos de papel não precisam ser eficientes o tempo todo. A principal dica dos estudantes que competiram na final é testar o máximo de dobraduras diferentes. Por sorte, o papel permite um grau de experimentação digno dos primeiros objetos voadores mais pesados que o ar.

O modelo “morcego” pode ser comparado ao aeroplano projetado por Leonardo da Vinci no século 15. O renascentista desenhou uma máquina que batia as asas ao voar. O modelo não saiu do papel, mas pelo menos saiu no papel: o “morcego”  bate as asas quando arremessado – mas elas só enganam, não funcionam de fato. Já modelos como o “Twin Jet” e o “Starfighter” têm características semelhantes ao 14-bis de Santos Dumont, como as cavidades retangulares por onde o ar circula.

O “Tubo” e o “FFF-1” nem parecem aviõezinhos, mas cumprem o mesmo papel. O primeiro é, literalmente, um tubo que gira enquanto voa. O movimento giratório faz com que o ar que contorna o tubo seja jogado para baixo, e isso mantém o avião no ar. O FFF-1 é o único que não é arremessado – você deve pilotá-lo usando um pedaço de papelão logo embaixo do papel. Conforme você corre, o ar passa entre o papelão e o aviãozinho, fazendo com que o brinquedo plane por cima – o “piloto” precisa ter habilidade para manter um equilíbrio entre velocidade e direção, para que o aviãozinho se mantenha em voo e não escape do papelão.

Todos esses são modelos criados pelo americano John Collins, conhecido lá fora como “o cara” dos aviõezinhos de papel. Ele já escreveu livros, dá palestras em escolas e é tão celebridade nesse meio que cobra US$ 100 por um vídeo mandando feliz aniversário. E mais: ele ainda acumula o título de recordista mundial de maior distância já alcançada por um aviãozinho.

A seguir, conheça o melhor avião de papel já construído.

O modelo perfeito

Não há ninguém que tenha mais prática em arremessos do que um quarterback. Em uma partida de futebol americano, ele é responsável por lançar a bola para o jogador que estiver melhor posicionado. No dia 26 de fevereiro de 2012, o quarterback Joe Ayoob, que jogou no Tri-Cities Fever, de Washington, trocou a bola de futebol por um aviãozinho de papel na Base da Força Aérea ​​McClellan, na Califórnia.

O aviãozinho foi lançado com força a um ângulo ligeiramente inclinado para cima. Atingiu a altura máxima e então começou a cair. Poucos centímetros antes de tocar o chão, voltou a subir, quase como mágica. A trajetória continuou por mais algum tempo antes de cravar a marca: 69,14 metros.

O modelo em questão é o Suzanne, representado na foto acima. O designer de aviõezinhos John Collins passou três anos criando e testando modelos para quebrar o recorde mundial de maior distância.

O Suzanne foi o primeiro avião planador a conseguir esse feito. Até então, todos os aviões a atingir a marca eram do tipo “dardo”. E isso é graças a uma combinação de vantagens aerodinâmicas. Tal como os aviões dardo, ele tem uma estrutura rígida para aguentar um lançamento forte; centro de massa deslocado para frente, para ganhar velocidade, e bico pontudo para vencer a força de arrasto. Tal como os do tipo planador, possui asas grandes o suficiente para manter a sustentação no ar por mais tempo. O truque final são as dobrinhas nas pontas das asas, responsáveis pela “mágica” que faz o avião voltar a subir na reta final. (Ter um quarterback lançando o brinquedo ajudou também, claro.)

E o melhor: de todos os modelos mencionados aqui, esse é o mais simples de fazer. O segredo é usar uma régua (dessas de escola mesmo) para mantê-lo o mais simétrico possível, ou o avião tomba para um dos lados. Essa régua ainda pode ser usada para deixar as dobras finas e retas. Se as dobraduras não estiverem firmes, o avião pode abrir no ar e acabar com toda a engenharia pensada para ele. Você pode aprender a fazer o Suzanne aqui.

Campeão brasileiro

De volta ao campeonato brasileiro. Se você já deve estar imerso no universo paralelo dos aviõezinhos de papel após essas seis páginas, imagine como estava o público aficionado após três horas de evento. Nesse momento, chegou a vez do estudante Pedro Capriotti competir na categoria “Maior Tempo de Voo”. Os gritos aumentavam a cada microssegundo em que seu aviãozinho planava no ar. Quando o modelo ultrapassou os 6 segundos, a torcida já estava digna de final de Copa do Mundo. Capriotti garantiu a vaga na final mundial com 7,6 segundos de voo.

Perguntamos ao vencedor: o que vale mais para chegar ao alto do pódio nacional? Ser expert em aerodinâmica ou ter brincado de aviãozinho na infância? Ele garante que é a segunda opção. Capriotti nunca testou modelos diferentões ou pesquisou os princípios de física. Ele venceu a final brasileira com o avião que seu primo o ensinou a fazer, e sua principal referência é o próprio pai, com quem lotava a sala de casa com aviõezinhos de papel – e para quem dedicou o troféu. Aviões de papel, afinal, são só um brinquedo mesmo. Mas nem por isso a ciência por trás deixa de ser fascinante.

Fontes: Livro “The New World Champion Paper Airplane Book”, de John Collins; Adson Agrico de Paula, professor do Departamento de Projetos de Aeronaves do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA); Tayan Sequeira, professor de física formado pela UERJ.