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Califórnia - Estados Unidos por Jon Cohen - Revista Science

Um Surfista e um Cientista se Uniram para Criar a Onda Perfeita

Os surfistas profissionais, acostumados ao oceano inconstante, ficam surpresos com as ondas criadas por Adam Fincham, um pesquisador da Universidade do Sul da Califórnia e Kelly Slater, que ganhou 11 títulos mundiais.

Essa é uma linha repetida no filme "The Endless Summer", o documentário clássico de 1966 que segue dois surfistas pelo mundo em uma missão para encontrar a onda perfeita. Boas ondas para o surf são uma raridade, e mesmo quando todas as forças se juntam, a magia é fugaz. Poucas praias têm um fundo que pode transformar uma onda comum nas ondas que os surfistas querem dropar, e mesmo assim, os caprichos do swell - seu tamanho, ângulo, periodicidade - misturados com ventos e marés sempre em mudança, significam que as épicas sessões de surf são poucas e raras.

Numa fazenda do centro da Califórnia, a 175 quilômetros da praia mais próxima, um surfista campeão e um especialista em mecânica de fluidos se uniram para mudar isso. Em um lago artificial de 700 metros de comprimento, eles criaram um sistema que arrasta uma lâmina de metal cuidadosamente formada, chamada de hidrofólio, através da água. À medida que a ondulação resultante varre o leito do lago, que cientistas precisamente modelaram com a ajuda de supercomputadores, ela se transforma em uma onda de surfe com uma perfeição sobrenatural - de novo e de novo e de novo.

Em setembro passado, 18 surfistas profissionais chegaram ao chamado "Surf Ranch" para competir no Future Classic. A competição teve como objetivo avaliar se a piscina - que não está aberta ao público - pode servir como um local de competição para a turnê de campeonato da Liga Mundial de Surf (WSL) que acontece em picos de alto nível ao redor do mundo. A simulação de competição, patrocinada pela Liga Mundial de Surf  (WSL) que governa o surf profissional - e foi co-propriedade do bilionário Dirk Ziff - incluiu juízes, anunciadores e monitores tamanho gigante que apresentaram cada onda e repetições em câmera lenta. "A experiência que criaram para os surfistas com esta onda é inigualável", disse o competidor Adrian Buchan, que atualmente ocupa o 15º lugar no WSL Championship Tour deste ano.

Os pesquisadores da área de Fincham estão tão impressionados quanto os surfistas. Olivier Eiff, engenheiro mecânico especializado em mecânica dos fluidos ambientais no Karlsruhe Institute of Technology na Alemanha, afirma que os cientistas que estudam as ondas tipicamente se concentram em seus efeitos sobre a erosão, a troca de gases entre o oceano e o ar e as estruturas de beira-mar. Mas ele não pode nomear um único colega que esculpe ondas, um desafio assustador na dinâmica de fluidos. "É um trabalho incrível", diz Eiff. "Eu não conheço ninguém que tenha a coragem de atacar a complexidade de um problema tão grande".


As células desta malha representam ar e água, e o grupo de Fincham fez cálculos para cada um e como eles interagem um com o outro - ilustração: ADAM FINCHAM E ALEX POIROT

Se piscinas de ondas semelhantes forem construídas em todo o mundo, como os defensores do Surf Ranch esperam, eles poderão alterar o mundo do surf. Na blogosfera do surf, as preocupações ruidosas já surgiram que a "onda de Kelly" tira o fascínio natural do surf e poderia criar grandes hordas de "pregos" que irão ainda mais atrapalhar os oceanos. Mas os fascinados superaram em grande número os do contra. "Eu vejo o dia em que o melhor surfista do mundo é de Little Rock, Arkansas", diz o campeão mundial de 1968, Fred Hemmings, de Kailua, no Havaí. "Este é o começo de uma grande revolução".

Se você não tem alguém apaixonado pelas coisas, ele não vai fazer algo de maneira diferente do que alguém que já fez antes.

- Kelly Slater, surfista 11 vezes campeão mundial

As piscinas de ondas para surfar remontam há mais de 50 anos, mas mesmo as melhores são fracas em comparação com um bom pico de surf do oceano. No oceano, as tempestades criam ondas de gravidade superficial que rolam em águas profundas e interagem com a parte inferior do oceano, quando a profundidade da água é aproximadamente a metade do comprimento da distância entre as cristas sucessivas (o comprimento de onda). 

Três coisas então acontecem: o comprimento de onda diminui, a altura aumenta e a crista se move mais rápido do que o ponto mais baixo da onda, a calha. Quando a altura da onda é aproximadamente a mesma que a profundidade da água, a onda quebra e os surfistas dropam.

Se o fundo tiver o contorno correto e o vento soprar de terra em mar ou estiver parado, um swell se transforma em uma onda que quebra uniformemente para a esquerda ou para a direita, com a água branca movendo-se pelo rosto da onda de forma constante fechando a cortina. As ondas mais íngremes podem criar um tubo, permitindo que os surfistas mais experientes andem alguns segundos por dentro da onda. Um passeio de 30 segundos em uma onda oceânica é notavelmente longo, e alguns picos oferecem tubos consistentes.

Em 2006, Slater, o surfista mais famoso do mundo, aproximou-se de Fincham, que assumiu com ele o desafio de imitar a natureza em um tanque. "Eu não tinha idéia de quem ele era", diz Fincham, que cresceu na Jamaica e começou a surfar apenas quando chegou à USC. Para desenvolver a onda, Slater fundou a sua própria empresa, que contratou prontamente Fincham.

Adam Fincham, especialista em mecânica de fluidos da Universidade do Sul da Califórnia, usou simulações de supercomputadores para refinar sua onda. foto: JON COHEN

Fincham é, por várias contas, extremamente criativo e obstinado. Ele publicou trabalhos sobre tópicos de som esotérico como a velocimetria digital de imagem de partículas para diagnósticos laser para a turvação da grade em decomposição em um fluido estratificado rotativo. Mas Slater brinca que ele e Fincham têm um toque de transtorno obsessivo-compulsivo. "Se você não tem alguém apaixonado pelas coisas, eles não vão fazer isso de forma diferente do que alguém que já fez antes", diz Slater. 

Os tanques em laboratórios geralmente fazem ondas de alguns centímetros de altura, o que pode ser modeladas com equações lineares: o que você coloca com segurança prevê o que é produzido. Mas tentar imitar uma onda maior, gerando ondas íngremes, desencadeia forças não-lineares, incluindo turbulências; uma camada fina e de movimento lento no topo da ondulação ("camada limite"); e oscilações de todo o corpo de água chamadas de seiches

"A não-linearidade está em todo o lado", diz Eiff - o que é dificil de traçar em uma onda artificial. A literatura científica sobre a escultura das ondas não é profunda.

Os pedidos de patente norte-americana de Fincham e Slater referem apenas a dois artigos científicos sobre ondas, ambos escritos por físicos / matemáticos proeminentes na década de 1870. Por isso, além de outros registros de patentes em ondas de surf, Fincham e Slater estavam em grande parte por conta própria. 

Eles começaram em um tanque de ondas de laboratório. Considerando que muitas piscinas de ondas usam remos, pistões, ensecadeiras ou outras estratégias para efetivamente lançar a água no ar, a equipe de Fincham projetou um hidrofólio parcialmente submerso na água.

À medida que atravessa a piscina, o hidrofólio move a água para o lado (mas não para cima) e, em seguida, puxa para trás a onda formada para "recuperar" uma parte da água que empurrou para longe. O resultado é o que os físicos chamam de onda solitária, ou solitão, que imita uma ondulação individual no oceano aberto. 

Então, a experiência de surf da Slater entrou em ação. "Era o trabalho de [Fincham] descobrir como fazer esse swell, e era meu trabalho descobrir como quebrar essa onda", diz ele. É preciso um "recife" raso da forma certa para transformar uma onda em uma onda de surf. Para afinar a forma do fundo da piscina, a equipe dependia da opinião de Slater e de supercomputadores massivamente paralelos que muitas vezes precisavam ser executados por semanas de cada vez para completar uma simulação. Em silico, uma onda é uma malha de milhões de células que representam ar e água.

Computações para cada uma das células e como elas interagem entre si simulam a onda em evolução para desenvolver uma parede e um tubo. Os cálculos são "matematicamente terríveis", diz Geoffrey Spedding, um especialista em mecânica de fluidos da USC que colaborou com a Fincham, mas teve pouca contribuição sobre este projeto. A equipe da Finkcham transferiu as descobertas do laboratório para o Surf Ranch, uma piscina retangular que era originalmente um lago artificial para esqui.

O hidrofólio - imagine uma asa de avião orientada verticalmente, curvada e estranha - fica na água a poucos metros de profundidade. É anexado a um engenho que é do tamanho de alguns vagões e, com a ajuda de mais de 150 pneus e cabos de caminhão, corre por uma pista no comprimento da piscina em até 30 quilômetros por hora. Isso cria um solitão que tem mais de 2 metros de altura. O fundo da piscina, que se parece com uma esteira de ioga, tem diferentes declives em diferentes partes, e os contornos determinam quando e como o solitão quebra. As patentes também descrevem "atuadores" no hidrofólio, que permitem ajustar o tamanho e a forma da onda para se adequar a diferentes níveis de habilidade.


ilustração: V. ALTOUNIAN/ Revista Science

O hidrofólio move-se ao longo da piscina para criar uma onda que quebra da direita para a esquerda. As calhas gigantes servem como amortecedores para reduzir os seiches e limitar o retorno da água vinda das paredes que cercam a piscina, mas leva 3 minutos para que as águas se acalmem. Em seguida, o hidrofólio viaja de volta para o começo da piscina e forma uma onda que quebra na direção oposta. O surf pode durar por 50 segundos ridiculamente longos, e a onda alterna entre grandes paredes e seções de tubos.

Os espectadores gritavam selvagemente durante a competição de setembro quando Stephanie Gilmore, que venceu o título feminino seis vezes, ficou no tubo por 14 segundos surpreendentes. Ao lado de fornecer um formato de competição de novelas, os organizadores das Olimpíadas tomaram nota - a onda poderia servir como uma plataforma de treinamento para surfistas de alto nível e uma configuração controlada para que os iniciantes aprendam.

O potencial comercial levou a WSL Holdings, a empresa-mãe por trás do Championship Tour, a comprar uma participação majoritária na companhia de ondas de Slater. Mas alguns vêem um projeto novo de milhões de dólares que está comercialmente condenado.

"A onda é fantástica, épica, todos gostariam de surfar com certeza", diz Tom Lochtefeld, um inventor de San Diego, Califórnia, cuja empresa Wave Loch produz o FlowRider, uma "folha" de água surfada no que se parece um snowboard. "Mas é um dinossauro evolutivo".

Lochtefeld, cujo FlowRider está em 200 locais, afirma que o esquema de hidrofólio tem muitos elementos mecânicos. "Está cheio de avarias", diz ele. "E quando você tem essa classe de transferência de energia e muita água em movimento, a piscina fica toda ferrada." Nem seria lucrativo, ele diz. Pelo cálculo de Lochtefeld, você precisa criar uma onda pelo menos a cada 10 segundos - ou pelo menos um milhão de ondas por ano - para lucrar com uma onda de surf artificial.

A Wavegarden, uma empresa com sede na Espanha que faz ondas surfáveis em pranchas comuns e está aberta ao público em dois locais, diz que pode produzir ondas a cada 4 segundos. Mas a WSL Holdings - que não revela o quanto tem investido ou o que custa para operar o Surf Ranch - não pretende vender o surfe nas ondas por si só. Além de realizar competições profissionais, a empresa espera construir parques de surf com hotéis, locais de concertos e varejistas.

Slater prevê que os surfistas ricos possam querer pagar por resorts de luxo, privados construídos em torno de uma onda, semelhante às comunidades de golfe high-end da Discovery Land Company em todo o mundo.

E Fincham e a equipe têm trabalhado em melhorias da onda, incluindo testar diferentes recifes, aumentando o tamanho do swell e até mesmo adicionar ventiladores gigantes para controlar o vento. Um dia, prevê Fincham, pode ser possível fazer uma onda de surf que permitam manobras impensáveis, como um loop dentro do tubo.

"Nós temos a onda natural perfeita, e, bem, isso é legal", diz ele. "Mas e sobre uma onda sobrenatural que quase desafia a natureza?" Então, novamente, há algo sobrenatural sobre a onda que eles já criaram. Pergunte aos poucos selecionados que visitaram o Surf Ranch e viram a onda. Eles não estão falando com seus amigos sobre o que viram ontem. Eles estão falando sobre o que eles verão amanhã.

Fonte: Science

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