E7 Shake cinemática

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A cinemática das batidas de asa descreve a geometria do movimento da asa: como a posição, a velocidade e a orientação de cada ponto da asa mudam ao longo de um ciclo completo de batida de asa. É o módulo que traduz o movimento puramente geométrico da asa em algo que pode ser acompanhado ponto a ponto, instante a instante, ao longo de todo o ciclo.

Esse movimento oscilatório da asa é impulsionado pelos músculos de voo — os músculos peitoral maior e supracoracoide — através da cinemática da cadeia esquelética, o sistema de alavancas e articulações que transmite o movimento da base da asa até a sua ponta. O resultado desse movimento oscilatório é que a asa gera simultaneamente sustentação para suportar o peso do corpo da ave e propulsão para se mover para a frente contra a resistência exercida pelo próprio ar.

A eficiência com que esse movimento oscilatório da asa converte a força muscular em força propulsora depende de um parâmetro adimensional fundamental: o número de Strouhal, que é calculado a partir da frequência de batimento, da amplitude do movimento da asa em cada ciclo e da velocidade de deslocamento da ave.

Animais que nadam ou voam utilizando um movimento oscilatório tendem a operar dentro de uma faixa relativamente estreita do número de Strouhal, entre 0,2 e 0,4, e é precisamente dentro dessa faixa que a eficiência com que convertem a força muscular em propulsão atinge seu máximo: fora dessa faixa, seja devido a uma frequência cardíaca muito lenta ou muito rápida para sua velocidade de deslocamento, essa mesma força muscular se traduz em uma propulsão menos útil.

Essa convergência para a mesma faixa do número de Strouhal aparece em animais tão diversos quanto golfinhos, atuns, borboletas, beija-flores e gaivotas — espécies que nadam ou voam com sistemas locomotores completamente diferentes — e é um dos resultados mais surpreendentes da biomecânica comparativa: sugere que essa faixa do número de Strouhal não é uma coincidência entre as espécies, mas uma condição física que qualquer movimento oscilatório propulsivo eficiente deve atender, independentemente do animal que o realiza.

Portanto, medir o número de Strouhal de uma ave específica — com base na frequência de batimento das asas, na amplitude do movimento das asas e na velocidade de avanço que essa cinemática de batimento realmente produz — permite uma comparação direta, sem a necessidade de conhecer quaisquer outros detalhes de sua anatomia, para saber se essa ave está batendo as asas dentro da faixa que a biomecânica comparativa associa à máxima eficiência propulsiva, ou se ela se desviou dela.

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