Por décadas nos prometeram carros voadores. Finalmente temos um. Bem, pelo menos quase isso. Na semana passada, Elon Musk revelou o aguardado Roadster 2 da Tesla com alguns recursos impressionantes. O carro voa — mas não por muito tempo — e o protótipo também realizou outras proezas que carros comuns não conseguem, como subir uma parede vertical e saltar sobre toda a linha de veículos da montadora.
Isso levanta duas questões: devemos permitir que humanos dirijam paredes arriba e voem pelos ares? Dado o quanto eles já têm dificuldades para navegar em estradas simples, a resposta parece ser um óbvio não. Mas essa é uma questão para advogados e órgãos reguladores de aviação. A outra questão é: como o protótipo do Roadster 2 conseguiu realizar tudo isso? Podemos responder isso com física.
Comecemos por como o carro conseguiu subir uma rampa circular e ficar grudado de cabeça para baixo, estilo Homem-Aranha. Esse recurso do Roadster 2 pode, na verdade, melhorar o desempenho em estradas normais. Tudo tem a ver com atrito.
Quando duas superfícies interagem — como pneus de borracha e o asfalto — existe uma força que impede que elas deslizem uma em relação à outra. Essa interação é chamada de atrito estático. Temos um modelo simples para essa força de atrito estático, onde a magnitude depende de quão forte as duas superfícies são pressionadas uma contra a outra e dos tipos de materiais em contato.
A força que pressiona as superfícies é frequentemente chamada de força normal, pois é perpendicular a ambas. O coeficiente de atrito estático descreve os tipos de materiais em interação. O coeficiente máximo prático é 1, e para borracha em asfalto, o valor fica em torno de 0,6.
Suponha que um carro comum tente subir uma ladeira. À medida que o ângulo de inclinação aumenta, a força da gravidade tem menos componente na direção perpendicular à superfície. Isso significa que a força normal também diminui, assim como a força de atrito máxima. Com um coeficiente de 0,6, esse ângulo máximo é de cerca de 31 graus. Não é vertical. Nem chega perto. Mesmo com um coeficiente de atrito de 0,9, você só consegue uma inclinação de 42 graus.
Então como um carro pode subir uma parede vertical? A resposta está em aumentar a força normal — e, por extensão, a força de atrito. Para uma parede vertical, essa força de atrito deve ser igual à força da gravidade para evitar que o carro deslize.
É aqui que o Roadster 2 realiza seu primeiro truque. Ele usa ventiladores para soprar ar para fora de baixo do carro. Com algumas abas laterais, isso reduz a pressão do ar sob o veículo, similar ao funcionamento de um aspirador de pó.
Vamos estimar a pressão sob o Roadster 2 necessária para ele grudar em uma parede. A empresa informa que o carro tem peso alvo de 1.700 quilos. Também precisamos saber a área de contato. Vamos estimar em cerca de 2 metros quadrados. Lembre-se de que força é igual a pressão vezes área. Mas isso é realmente uma diferença de pressão com a pressão atmosférica externa de cerca de 105 newtons por metro quadrado. Fazendo os cálculos, obtemos uma pressão inferior de 86 por cento da pressão atmosférica. Isso parece bastante plausível.
O Roadster 2 de cabeça para baixo faz uma proposta de vendas convincente, mas a sucção tem na verdade um uso prático quando o carro está na posição normal. A força de atrito é o que faz um carro acelerar. Mais força de atrito significa melhor desempenho. Pressionar o carro para baixo significa que você pode acelerar mais rápido, frear mais rápido e fazer curvas mais acentuadas.
O Roadster 2 também ostenta uma aceleração de zero a 100 quilômetros por hora em menos de um segundo. Para um carro tradicional, isso é impossível. Como um carro normal usa a força de atrito entre os pneus e a estrada para acelerar, ele é limitado pelo coeficiente de atrito. Usando um coeficiente de atrito de 0,6, o melhor que se pode fazer é zero a 100 km/h em 4,56 segundos.
O Roadster 2 depende de outra forma de força: ar comprimido disparado para trás. É assim que foguetes funcionam. Em vez de um balão ofegante, o Roadster 2 conta com um tanque de ar comprimido. Quando o ar é acelerado para fora do tanque, ele empurra o carro para frente com uma força igual e oposta — um exemplo da terceira lei de Newton.
Agora chegamos à parte do carro voador. O Roadster 2 usa o mesmo método de ar comprimido para empurrar o carro para cima e levantá-lo do chão. Isso é esticar os limites do termo voar, especialmente porque há apenas alguns segundos de impulso que o tanque pode fornecer antes que a pressão caia.
Existe uma segunda questão: a aceleração. Como os propulsores duram pouco tempo, eles precisam aplicar uma força grande para obter uma mudança de velocidade e fazer o carro saltar sobre um caminhão ou outro obstáculo. Mas com uma força grande, você também obtém uma aceleração grande, e acelerações elevadas são geralmente ruins para humanos.
Usando análise de vídeo, podemos estimar essa aceleração. Para esse salto particular, obtemos uma estimativa aproximada de cerca de 98 metros por segundo ao quadrado de aceleração vertical. Isso equivale a cerca de 10 vezes a força da gravidade para humanos. Essa é apenas uma estimativa, é claro. Humanos podem sobreviver a esse nível de força por um curto período, mas não seria agradável e ainda traz riscos. Talvez essa seja a razão pela qual essa demonstração específica foi feita com um robô ao volante.
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