Por que os aviões voam?

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A pergunta de um milhão de dólares, Por que os aviões voam? uma pergunta fácil, mas com uma resposta mais complexa e interessante do que você imagina.

Post escritor por: Juan Matheus

A aviação comercial está presente na vida humana há mais de um século.. Por isso, muitas pessoas hoje veem isso como algo normal e não há mais a capacidade de nos maravilharmos com a forma como conseguimos conquistar os céus.. Por isso vale a pena iniciar uma série de posts que ajudam #AvGeeks e pessoas em geral, entender como um avião hoje consegue nos levar de A a B em tão pouco tempo e tudo o que isso acarreta.

Esta nova série de entregas que visa informar, educar e ensinar sobre aspectos técnicos para pessoas que não possuem formação técnica, mas se a vontade de aprender e sua paixão pela aviação discutiremos temas interessantes graças a Juan, novo colaborador do blog.

Por que os aviões voam?

Sem mais delongas, A primeira coisa que devemos resolver são os princípios físicos básicos que regem o voo de uma aeronave.. A primeira coisa que devemos reconhecer é a presença de certas forças físicas que afetam um objeto, neste caso, um avião em vôo. Devemos reconhecer em um avião 4 forças físicas muito importantes que estão relacionadas entre si pelas leis de Newton que todos já ouviram em algum momento. Dois deles são exercidos verticalmente (Eixo y) e dois deles horizontalmente (eje X). Esta é talvez uma simplificação (vivemos em um mundo 3D) No entanto, é suficiente para o nosso propósito..

Para que um avião possa voar, deve ser capaz de superar duas forças-chave: Arrasto aerodinâmico, que é uma força que atua horizontalmente (vamos pensar em “arrastar”) e a gravidade que atrai logicamente um objeto para o solo, isto é, atua verticalmente (Veremos porque o peso de uma aeronave é um fator chave e limitante na aviação). Cada uma delas, tem sua contraparte: Impulso e elevação. Quando o empuxo e a sustentação são maiores que o peso da aeronave e o efeito de arrasto (que pode ser o atrito da pista com as rodas no solo ou a resistência do ar) podemos ter um avião que voa. Mais tarde veremos outros componentes do design de aeronaves modernas que ajudam a superar essas forças..

Quando um avião está voando em velocidade de cruzeiro e a uma altitude fixa, O empuxo e o arrasto são de igual magnitude e direção diferente e a mesma coisa acontece com o peso e a sustentação.. Qualquer desequilíbrio em qualquer uma dessas forças resulta em aceleração ou desaceleração (horizontal ou vertical). Este é apenas um teste das leis do movimento de Newton em ação.

Mais uma vez, simplificando as coisas, podemos ver que a sustentação de um avião (a força que empurra a aeronave para cima) É devido às asas (e em particular na sua forma) e o impulso é dado pelos motores. Isso pode parecer óbvio, mas não foi fácil entender a aerodinâmica, um ramo da física que até recentemente parecia “magia negra” porque a matemática por trás dele é muito complexa e até hoje não conseguimos encontrar a solução para muitas equações que o governam e só conseguimos simular seus efeitos através de um computador. Sem a compreensão das forças aerodinâmicas não poderíamos ter desenvolvido a aviação moderna e devemos isso em parte ao cientista suíço Daniel Bernoulli.. Em outras palavras, nem todo objeto que tem impulso suficiente (duas turbinas a jato, por exemplo) será capaz de voar.

El Aerofólio

Anteriormente falamos sobre forças aerodinâmicas e como elas contribuem para que um avião consiga voar..

Agora vamos nos concentrar em como o lift é gerado, que é a força aerodinâmica responsável por uma aeronave ser capaz de subir, e o mais importante, ficar no ar.

O ar é um fluido. Não são apenas os líquidos. No caso do ar, existem diferentes pressões na nossa atmosfera que exercem uma força sobre ele. (Mais tarde veremos outros fatores atmosféricos como a temperatura e que também desempenham um papel importante.). E se falamos de movimento, Não podemos deixar de pensar na velocidade como uma forma de saber a que velocidade algum objeto está se movendo..

Agora que sabemos quais são alguns dos fatores que influenciam o movimento de um fluido, Podemos concluir que a pressão e a velocidade do ar são as variáveis ​​que gostaríamos de controlar para que um avião possa voar pelos céus sem contratempos.. O princípio de Bernoulli descreve com precisão a relação entre estas duas variáveis.. Em poucas palavras, O princípio de Bernoulli afirma que a velocidade e a pressão de um fluido são inversamente proporcionais.. Quer dizer, que se a velocidade de um fluido aumentar, a pressão diminui e vice-versa. Se tiver interesse, você pode procurar vídeos sobre experimentos em tubo de Venturi para observá-lo melhor..

Mas, O que tudo isso tem a ver com um avião?? Bem, todo. Acima mencionamos que o formato da asa de um avião é o que gera a sustentação para que ele permaneça no ar.. Bem, é exatamente assim., conocida como airfoil o perfil aerodinámico, o que nos faz controlar o princípio de Bernoulli a nosso favor. Para um avião se mover, devemos mover o ar ao seu redor. E já sabemos que um fluido se move se houver um diferencial de pressão. O propósito de uma asa de aeronave é, então, gerar um diferencial de pressão para que o ar possa fluir.

Se olharmos para a imagem do aerofólio podemos, Por simples inspeção visual, você pode ver que o “caminho” de uma partícula de ar sobre a borda superior será diferente do caminho abaixo da asa.. Longe da asa, a pressão do ar é atmosférica. À medida que o ar se aproxima, o que chamamos vento relativo Veremos que uma distribuição gradiente de pressão é criada em torno do aerofólio.

Existem muitas teorias e formas de explicar como é que na parte superior da asa temos alta velocidade e baixa pressão e o oposto na parte inferior, porém é muito complexo para desenvolver aqui..

Em conclusão, O perfil da asa nos dá o diferencial de pressão que procurávamos e que gera sustentação. Por que o resultado é uma força que sobe e não o contrário?? O diferencial de pressão é maior na parte inferior do que na parte superior. velocidade mais alta, pressão mais baixa. Literalmente, a parte inferior “pressiona” o ar para cima.

Este tópico é bastante complexo e requer leitura e releitura para melhor compreender a lógica por trás da física..

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