Engenharia na crista do Surf Mestrado Integrado de Engenharia Mecânica

1º Semestre de 2013/2014

Supervisora: Professora Ana Rosanete Lourenço Reis

Monitora: Catarina Spratley Vieira Mendes

Projeto FEUP / Turma 1M7

Equipa 1M7_02

up201307687 - João Bernardo R. P. Pinto da Silva

up201307687 - Francisco F. C. do Canto Moniz

up201308174 - Diogo Oliveira de Sousa

Data de Entrega:

25 de Outubro

Porto, 14 de Outubro de 2013

Porto, 14 de Outubro de 2013

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 1

Resumo

Neste trabalho foi abordado o Surf aplicando conhecimentos

providos pela engenharia. Este trabalho versa a história do surf, os materiais e os processos de fabrico que originam as diferentes

pranchas e a influência da física na prancha e na utilização da mesma. Demos especial ênfase à diferença existente entre o

bodyboard e o surf, porque, embora aparentem ser semelhantes, são, na verdade, diferentes, como por exemplo a nível da geometria.

Concluímos que a construção das pranchas de surf e bodyboard dependem, na sua maior parte, de conhecimentos físicos da

actualidade que permitem um maior aproveitamento de ambos os

desportos.

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 2

1 Índice 1. Introdução ........................................................................ 4

2. História do surf .................................................................. 5

3. Engenharia no surf ............................................................. 6

3.1 Física associada ao surf ....................................................... 6

3.2 Marés associadas ao surf ..................................................... 7

4 Tipos de pranchas .............................................................. 9

4.1 Surf ................................................................................ 9

4.1.1 Shortboard ............................................................ 9

4.1.2 Semi-gun .............................................................. 9

4.1.3 Funboard .............................................................. 9

4.1.4 Gun ...................................................................... 9

4.1.5 Longboard ............................................................. 9

4.2 Bodyboard ..................................................................... 10

5 Construção das pranchas de Surf ....................................... 12

6 Construção de pranchas de Bodyboard ............................... 13

7 Shapers .......................................................................... 14

8 Conclusão ....................................................................... 16

9 Bibliografia ...................................................................... 17

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 3

Índice de Figuras

Figura 1. Entrega dos prémios do campeonato do mundo de 1964 ... 5

Figura 2. Condição extra para a flutuação ..................................... 7

Figura 3. Gráfico da altura e direção das ondas no mar mediterrâneo

e Oeste europeu ........................................................................ 8

Figura 4. Exemplo de longboard frente e verso ............................ 10

Figura 5. Prancha onde se destacam os canais ............................. 14

Figura 6. Prancha onde se destaca a tail ...................................... 15

Figura 7. Ferramentas do "shaper" ........................................... 12

Figura 8. Verificação da simetria por "shaper" ............................. 14

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 4

1. Introdução

Face à proposta lançada na cadeira "Projeto FEUP", que

consistia na realização de um trabalho em grupo sobre a "Engenharia

na crista da onda", isto é, sobre a engenharia que se encontra

camuflada pelo desporto do surf, quer na construção das pranchas,

quer na própria física associada aos diversos tipos de ondas, decidiu-

se, então, começar por dar a conhecer ao público leitor, uma breve

introdução da história do surf, como por exemplo a origem e o início

do contato com o resto do mundo.

Relativamente à física associada ao surf o trabalho versa sobre

os fatores meteorológicos (4.) que fazem de uma onda a onda ideal

para a prática de surf e da hidrostática (3.) que está associada à

posição do surfista na prancha. Sendo que, como muitos sabem, os

principais fatores que influenciam as marés, estão relacionados com

fenómenos astrológicos, assim, o campo gravitacional existente na

superfície terrestre, principalmente a relação Terra-Lua originam os

diferentes tipos de marés (Preia-mar e Baixa-mar). É através do

conhecimento das marés que os surfistas escolhem qual a melhor

prancha a utilizar.

Em sequência do tema abordado anteriormente, fala-se dos

diferentes tipos de pranchas existentes no mercado e apresentamos

igualmente pranchas de bodyboard, para o leitor melhor entender as

diferenças entre estes desportos que tanto parecem semelhantes.

Por fim, explicamos a construção da prancha feita pelo

"shaper"1 tanto no caso do bodyboard como do surf, aproveitando

para vos apresentar "shapers" importantes, os materiais que

constituem as pranchas e os cálculos que são necessários para passar

um bloco de poliestero para um prancha aperfeiçoada por

conhecimentos físicos avançados.

1"Shaper" - Modelador das pranchas de surf e bodyboard, com base em gráficos e

através de cálculos físicos. Apresenta geralmente também conhecimentos de

pintura e design.

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 5

2. História do surf

O primeiro contacto ocidental com o surf foi no século XVIII. De

acordo com os relatos usavam-se pranchas muito básicas,

trabalhadas a partir de madeira da região (Hawai) e construídas pelos

próprios praticantes. Além disso, as pranchas não apresentavam a

maior parte das características de hoje em dia, como a quilhas, decks

e leash.

Foi só na segunda metade do século XX que este desporto se

começou a desenvolver tanto a nível mundial como profissional.

Actualmente, a ASP ("Association of Surfing Professionals")

regulariza e promove todos os campeonatos oficiais. É possível ver a

entrega dos prémios num dos primeiros campeonatos oficiais de surf

na figura 1.

Figura 1. Entrega dos prémios do campeonato do mundo de 1964 2

2 Disponível em http://www.worldchampionsofsurfing.com/wp-

content/uploads/1964-Manly-Championship-Podium-Main.jpg

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 6

3. Engenharia no surf

Através de conhecimentos providenciados pela engenharia

podemos melhorar a qualidade de uma sessão de surf, assim como o

sucesso do atleta. Pelo estudo da hidrostática (3.1) da hidrodinâmica

e pela análise de dados meteorológicos (3.2).

3.1 Física associada ao surf

O surf é um desporto radical em que há uma grande área da física associada, a hidrostática. A partir desta ciência entende-se o

porquê de as pranchas terem uma grande variedade de tamanhos e, também, a utilização de certos materiais.

Este desporto obedece à Lei de Arquimedes que diz que

“Qualquer corpo total ou parcialmente imerso num fluido sofre por

parte deste uma força vertical, dirigida de baixo para cima, de intensidade igual ao peso do volume de fluido deslocado pelo corpo”,

resumindo a sua definição, a impulsão é igual ao produto da aceleração gravítica com o volume e a densidade do fluído deslocado

(fórmula).

mc = ρcVc ∧ P= mcg

Como o módulo da impulsão é igual ao módulo do peso, então:

I = ρf Vc g ∧ P = ρcVc g 3

Condição para um corpo flutuar: = =

Segundo a equação acima indicada e sabendo que a impulsão é uma força contrária ao peso. Para a prática desta modalidade

necessitámos que a prancha flutue, para isso temos que obedecer à seguinte condição, em que o peso do corpo (atleta+prancha) seja

inferior à intensidade da força de impulsão. Ou seja, ρf Vc ρcVc .

Embora numa prancha de surf o peso e a impulsão tenham que

se compensar, tal não é suficiente para surfar, pois o centro de massa do corpo (CM) está aplicado no centro do corpo (seguindo a

figura 2) mas a impulsão está aplicada no "centro de impulsão"(CI),

que é o centro de massa do volume de água deslocado. Estes centros não podem coincidir, tendo contudo que estejam sobre a mesma

3 Onde I é impulsão, P é peso, ρf é a densidade do fluido, ρc é a densidade do corpo,

Vc é o volume do corpo e g a força da gravidade.

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 7

vertical, vertical esta que é perpendicular á superfície da água, ou o

"surfer" cairá da prancha.

Na figura abaixo é possível ver que em a) o corpo está em

equilíbrio quando G (centro de gravidade) e B (centro de implusão) estão na mesma perpendicular ao nível da água, mas o mesmo não

acontece quando em c) adoptam outras posições.

Figura 2. Condição extra para a flutuação 4

Logo para verificarem estas condições, os "shapers" foram

desenvolvendo métodos para a criação destas peças importantes

através de materiais mais leves, consequentemente permitindo que

estas fossem mais pequenas do que as pranchas primordiais

facilitando o transporte e a capacidade de manobrar a prancha

quando se trata de “apanhar umas ondas”.

3.2 Marés associadas ao surf

É de salientar que as marés variam de baixa-mar para preia-mar e vice-versa num período de 12 horas e 24 minutos, sendo que

as 12 horas estão associadas à rotação do planeta terra e os 24

minutos associam-se à orbita descrita pela lua.

Achamou-se conveniente, devido a este oscilar das marés falar

da energia maremotriz, sendo que esta se origina devido à energia

cinética das correntes e à energia potencial originada a partir da

diferença de alturas estabelecida entre os períodos de maré alta

(preia-mar) e de maré baixa (baixa mar). O conhecimento desta informação em antemão através de

previsões efectuadas por meteorologista permite a escolha da melhor

4 Disponível em http://img515.imageshack.us/img515/3310/flutuacaofy3.gif

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 8

praia quer para a prática de surf quer de bodyboard, assim como a

melhor prancha a utilizar.

Figura 3. Gráfico da altura e direção das ondas no mar mediterrâneo e Oeste europeu 5

5 Disponível a 25 de Outubro em

http://www.oceanweather.com/data/Mediterranean-Sea/WAVE000.GIF

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 9

4 Tipos de pranchas O surf e o bodyboard apresentam pranchas bastante diferentes.

Na verdade, as semelhanças apresentadas são nos materiais base,

polietileno e polipropileno. E por outro lado, os tamanhos e a forma já

são completamente dispares.

4.1 Surf

Ao longo dos anos foram-se desenvolvendo várias categorias

padrão dentro das quais as pranchas de surf encaixam de acordo com

as suas características.

As pranchas existentes no mercado de hoje são shortboard,

gun, semi-gun, funboard e longboard.

4.1.1 Shortboard

Usadas por amadores que pretendem ascender a profissionais,

devido à alta velocidade, maleabilidade e projecção que

proporcionam ao surfista. Apropriada para ondas com

amplitudes médias e baixas e tal como o nome sugere as mais

pequenas no mercado.

4.1.2 Semi-gun

Utilizadas para surfar ondas tubulares com período e amplitude

consistentes. Estas ondas chegam a atingir os 2,10 metros.

4.1.3 Funboard

Permite desfrutar as sensações marítimas devido a facilidade

com que se manobra as ondas, daí ser a escolha favorita de

quem se inicia na modalidade.

4.1.4 Gun

É necessário alguma experiência para conseguir praticar nestas

pranchas e sãoprincipalmente aplicadas a ondas grandes

(6metros). Os fundos marítimos que são influenciados pelo

mar. Algumas das variações destas pranchas devem-se a

4.1.5 Longboard

Independentemente de ser do género de pranchas usadas há

mais tempo, conseguem ainda ter um impacto bom na carreira

de um surfista, visto permitirem uma remada fácil e uma

óptima estabilidade quando de pé. A nível da constituição pode

atingir 2,70m, usa três quilhas (figura 3.) ou uma central e dois

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 10

estabilizadores laterais.

Figura 4. Exemplo de longboard frente e verso 6

É possível ver que o tamanho da prancha de bodyboard

aumenta com o nosso peso e altura.

Peso

Altura

-25kg 50kg 60kg 70kg 80kg +90kg

Criança 84 97/102 ---------- ---------- ---------- ----------

1,50m 97/102 97/102 97/102 97/102 ---------- ----------

1,60m --------- 97/102 97/102 107 112 ----------

1,70m --------- 97/102 107 107 112 104

1,80m --------- ---------- 107 107/112 112 104

1,90m --------- ---------- ---------- ---------- 104 104

+1,90m --------- ---------- ---------- ---------- 104 104

Tabela 1. Relação tamanho da pessoa com peso na escolha da prancha de bodyboard (valores apresentados em centímetros) 7

4.2 Bodyboard

As pranchas de bodyboard são mais simples que as de surf, isto

é, para uma pessoa de tamanho X e peso Y (referência a tabela 1),

há apenas uma estrutura de prancha. Nesta contudo, é possível

variar a tail e os canais ao gosto do utilizador.

6 Disponível em: http://www.polyvore.com/cgi/img-

thing?.out=jpg&size=l&tid=24717303 7 Disponível em:

http://www.surfertoday.com/images/stories/bodyboardsizechart.jpg

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 11

A “tail” pode adotar uma forma de cauda de tubarão ou um

formato mais plano, sendo a primeira associada a manobras como o

360º, que consiste em realizar uma volta enquanto se desliza na

onda. Os canais, por sua vez, são as saliências existentes na parte de

trás de uma prancha de bodyboard e que são características por

aumentarem a velocidade e a estabilidade a custo da redução da

margem de manobras.

Figura 5. Prancha onde se destacam os canais8

Figura 6. Prancha onde se destaca a tail9

8 Disponível em: http://4.bp.blogspot.com/-

aZRBXii6KRM/UPSXhuwz0kI/AAAAAAAAAFY/M_x0Xc_RMcY/s379/wallpaper_1600x1

200_vs_sc_colab.jpg 9 Disponível em http://bodyboardingwa.com.au/wp-

content/uploads/2011/10/unlimited-stringer-contour-2012-nmd-bodyboards.jpg

Canais -

Potencializam a

hidrodinâmica duma

prancha, são os

diferentes tipos de

formas do canal que

fazem com que a

cinética da prancha

seja maior, ou menor.

“Tail” – base de

apoio do surfista

numa prancha de

bodyboard.

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 12

5 Construção das pranchas de Surf

Atualmente, as pranchas de surf são placas de espuma de

poliestireno com uma tira central de madeira que percorre todo o seu

comprimento.

Aquando do primeiro contato que o “shaper” tem com a

prancha esta já tem as suas dimensões bem definidas, enquanto que,

antigamente, estes esculpiam as pranchas da sua forma inicial até à

sua forma final manualmente, hoje em dia a sua forma entre outras

caraterísticas são criada com apoio de um programa informático de

desenho e enviadas para a fábrica para se efectuar um corte

mecânico.

Figura 7. Ferramentas do "shaper" 10

O “shaper” verifica que a prancha não apresenta irregularidades e se encontra simétrica, segundo um plano perpendicular à base da

prancha. Os acabamentos são feitos de forma artesanal com diversos tipos de lixa para corrigir certos erros provenientes do corte

mecânico. Após o “shaping”, a prancha é envolvida numa ou mais

camadas de fibra de vidro que proporcionam à tábua da prancha protecção, ajuda também à aplicação de uma resina que preserva a

prancha.

10 Disponível em http://www.surfboardshapersworkshop.com.au/wp-

content/uploads/IMG_0850.jpg

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 13

6 Construção de pranchas de Bodyboard

No que diz respeito à construção de uma prancha de

bodyboard, verifica-se que este processo é mais simples,

comparativamente ao processo de fabrico de uma prancha de surf.

Assim, existe uma prancha padrão onde se podem fazer variar,

apenas, as características necessárias de adaptação da prancha ao

surfista, como o tamanho da mesma, que está associado ao peso e à

altura do surfista. Pode-se, por isso, fazer variar numa prancha de

bodyboard a “tail” – Fig.6 – os canais - Fig.5 – bem como as

“stringers”, anteriormente referenciadas como sendo tiras de fibra de

carbono (5.) capazes de conferir resistência a uma prancha de

bodyboard. Estas características, tal como acontece no surf, podem

ser exigidas aos “shapers” para que, deste modo, se consiga extrair

da prancha o máximo de performance.

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 14

7 Shapers

Tal como sabemos, o trabalho dos "shapers" é algo minucioso e

feito com bastante pormenor. Entre os vários "shapers" mundiais,

destaca-se Nuno Cardoso, "shaper" da “Polen surfboards”, como um

dos mais requisitados a nível mundial, sendo que muitas das

pranchas que produz já surfam ondas do circuito mundial de surf o

que, de certo modo, traz grande mérito para o trabalho deste

português.

No que diz respeito ao bodyboard, "shapers" como Nick Mesritz

são dos mais atarefados do mundo, pelo facto de todos os grandes

bodyboarders que representam a ”NMD boards” – marca de pranchas

de bodyboard - no circuito mundial de bodyboard, preferirem o seu

excelente trabalho como o profissional que é.

Figura 8. Verificação da simetria por "shaper" 11

No que diz respeito às ferramentas utilizadas na construção das

pranchas de surf, há as chamadas “shaper’s layout” que,

basicamente, são folhas de cálculo transparentes que possuem

diversas medidas, importantes, para a construção da prancha.

Deste modo, é importante destacar que os vários tipos de

pranchas existentes estão relacionadas com as diferentes pessoas

que pretendem usufruir do mar utilizando uma prancha como é

11 Disponível em

hhttp://0.tqn.com/d/surfing/1/0/x/2/measuring_tail.jpgttp://0.tqn.com/d/surfing/1

/0/x/2/measuring_tail.jpg

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 15

provado pela análise da tabela 1 que compara a estatura das

diferentes pessoas no bodyboard, com os tamanhos das pranchas

que lhes estão associadas.

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 16

8 Conclusão

Em suma, desportos aquáticos como o surf e bodyboard sofrem

uma melhoria de qualidade exponencial através de conhecimentos de

engenharia, tais como a hidrostática. É ainda útil o conhecimento

proporcionado pela análise de gráficos de temperaturas dos oceanos,

período das marés, tamanho das ondas e o seu período para

considerar a prática de bodyboard ou de surf e qual a prancha

adequada a utilizar.

É possível percepcionar a necessidade de "shapers" capazes de

perceber os interesses de profissionais que requerem pranchas com

especificações complexas.

Por fim, em relação aos processos de construção de pranchas

de surf e bodyboard é notória a diferença dos materiais, sendo esta

contudo facilmente explicável devido ao modo de utilização.

O projeto FEUP permitiu relembrar conhecimentos da estrutura

de relatórios e aprofundar técnicas de pesquisa, como o recurso a

artigos técnicos e livros. Aproveitou-se ainda para melhorar o

trabalho de grupo e distribuir tarefas em função dos conhecimentos

de cada membro.

MIEM/FEUP Projeto FEUP

Engenharia na crista do Surf - 1M7_02 Página 17

9 Bibliografia

http://www.youtube.com/watch?v=nqvUoiPxCek

http://www.youtube.com/watch?v=zspZRMvoUNE http://www.marroquimsurf.com.br/index.php?site=a_marroqui

m&pag=pranchas http://bodyboardonline.wordpress.com/iniciantes/constituicao-

da-prancha/ http://pt.ruadireita.com/174/prancha-bodyboard-science/

http://www.geocities.ws/saladefisica5/leituras/mares.html Ventura, G., Fiolhais, M., Fiolhais C., & Paixão, J. A. (2009). 12

F Física - 12º ano. 1ª Edição, Texto Editores, Lda.