05/02/2019
O homem sempre admirou o vôo suave dos pássaros, aquelas habilidades e técnicas naturais herdadas de Deus, que sempre foram de causar inveja. Ao passar dos tempos alguns aventureiros tentaram de alguma forma imitar os seres de asas, mas não obtiveram sucesso, Leonardo da Vinci foi uma figura que pesquisou a anatomia dos pássaros, obteve informações do comportamento das asas em relação ao ar. Tempos depois tivemos a colaboração de Alberto Santos Dumont, que conseguiu voar com seu 14-BIS, aeronave biplano, durante alguns metros, e com isto fez deslanchar a aviação mundial. Com o efeito das guerras, a indústria aérea teve um grande impulso, promovendo estudos e pesquisas para o aperfeiçoamento dessas máquinas maravilhosas.
Para que um avião voe, é necessário que algum tipo de força consiga vencer ou anular o seu peso, então vamos verificar nesta página o que realmente acontece fisicamente quando ele está em movimento, originando fenômenos que irão ser explicados no desdobramento desta matéria, na qual as asas, também chamadas de aerofólios serão objeto de estudo. A aviação está baseada nos princípios da física, alguns estudados na escola, nos explicando todos os mistérios que giram em torno desta prática. Muitas vezes, quando alguma pessoa vê pela primeira vez um Boeing ou um Airbus decolando ou pousando num aeroporto, não imagina como aquela máquina com algumas toneladas consiga ficar afastada, metros e as vezes quilômetros do solo. Por estas razões que este assunto se torna muito curioso e as vezes apaixonante.
Sabemos que o principal obstáculo nas primeiras tentativas para colocar um avião no ar era o seu peso, uma força causada pela gravidade, mas com alguns diferentes formatos na aerodinâmica dos corpos, conseguiu-se controlar este problema, de forma artesanal no início. Nos estudos e pesquisas feitos pelos cientistas das várias épocas, verificou-se que o ar, fluído que será responsável para sustentar uma aeronave em vôo é composto de alguns elementos, entre eles, nitrogênio, oxigênio e água, com isto podendo sofrer alterações em grandezas como a densidade, temperatura e pressão. Estas mudanças na atmosfera estão relacionadas entre as diferenças de temperatura e pressão entre as várias massas de ar que circulam, originando deslocamentos das camadas, dando início aos ventos, que poderão ser úteis ou desfavoráveis ao vôo.
As grandezas vetoriais e escalares estão presentes neste assunto, sendo as forças, todas vetoriais, incluindo as velocidades, pressões e acelerações, já as escalares, compostas da massa, das temperaturas e densidades. Quando um avião tem o vento a seu favor, temos uma soma vetorial, ou vice-versa, com isto, os vetores são amplamente utilizados, originando todo tipo de resultantes, sejam elas verticais, como peso e sustentação, que será vista posteriormente no ítem das forças, ou horizontais, como a tração e a resistência do ar, quando o avião está em vôo com velocidade constante, a soma de todas as suas forças é nula. O empuxo, visto em hidrostática, também é bem utilizado, porém tendo como fluído, o ar, pois o deslocamento de ar para trás irá causar uma força para frente, então o empuxo, já relacionando com a 3º lei de Newton, lei da ação e reação ( para toda força existe uma outra de mesma direção, mesmo módulo e sentido contrário). A temperatura é uma grandeza escalar muito importante, sendo muito variável, sabemos que quanto mais alto estivermos em relação ao nível do mar, menor será seu valor, o mesmo acontece com a densidade do ar, pois quanto maior a altitude, ficará mais rarefeito alterando nas forças relacionadas no vôo, pois altera diretamente a resistência do ar, quanto ao avanço de um corpo.
Existem quatro forças básicas presentes no vôo:
SUSTENTAÇÃO , ARRASTO , TRAÇÃO
Quando um avião se desloca pelo ar, ocorre um fenômeno na sua asa que irá produzir uma força para cima, sentido inverso ao peso. O perfil da asa ou aerofólio tem comprimentos diferentes na parte superior (extradorso) e na parte inferior (intradorso) devido ao seu formato, possibilitando que duas partículas de ar percorrendo tais comprimentos ao mesmo tempo, conseqüentemente tenham velocidades diferentes. A física explica que o aumento da velocidade de um fluído pelas paredes de um tubo, provoca um aumento da pressão dinâmica (ar em movimento) e uma diminuição da pressão estática (ar em repouso), originando uma força. Então, tal diferença de pressões estáticas será a responsável por criar uma força perpendicular a superfície da asa, chamada de RESULTANTE AERODINÂMICA, agindo no chamado centro de pressão, tendo como sua componente vertical, a força de SUSTENTAÇÃO. A figura abaixo nos mostra o deslocamento das partículas de ar, partindo do bordo de ataque (frente do perfil) e chegando ao mesmo no bordo de fuga (traseira do perfil) resultando no aparecimento de uma força que compensará o peso da aeronave.
O perfil da asa pode formar um ângulo imaginário com a direção horizontal, chamado ÂNGULO DE ATAQUE, que poderá aumentar a força de sustentação e ao mesmo tempo, aumentar a força de resistência do ar, fazendo com que o avião tenha menor velocidade, então quando observamos aeronaves nos céu da cidade fazendo procedimento de aproximação, estas estão com um maior ângulo de ataque, então com pouca velocidade. Quando aumenta-se demais este ângulo, aumentamos também a resistência do ar, na mesma proporção, diminuindo muito sua velocidade, com isto o avião pode perder instantaneamente sua sustentação, entrando em estol ( perda total da sustentação em vôo). Afigura abaixo nos mostra o ângulo de ataque da asa.
Podemos calcular analiticamente o valor da força de sustentação (componente vertical da RA).
Cl = coeficiente de sustentação
p = densidade do ar
S = área da superfície da asa
v = velocidade da aeronave
L = força de sustentação (Lift)
A variação de pressão estática é mostrada na figura abaixo, onde podemos ver de uma outra forma, o somatório das forças no aerofólio.
O arrasto é uma força aerodinâmica devido a resistência do ar, que se opõe ao avanço de um corpo. Essa força depende de alguns fatores como a forma do corpo, a sua rugosidade e o efeito induzido resultante da diferença de pressão entre a parte inferior e superior da asa. Então podemos dividir o ARRASTO em três ítens:
