Estudo do movimento dos corpos sólidos no ar
A aerodinâmica é a parte da dinâmica dos fluidos que estuda o movimento dos objetos sólidos imersos no ar. A base de estudos dessa área da mecânica é o Princípio de Bernoulli. O princípio relaciona a velocidade do fluxo do ar e a pressão correspondente. Desse modo, maiores velocidades de fluxo correspondem a menores valores de pressão, já quando a pressão aumentar, haverá diminuição da velocidade de fluxo.
A aerodinâmica considera propriedades, características e forças dos gases e sua relação com os objetos sólidos. Sua área de estudo envolve os conceitos de força de arrasto e de sustentação, variáveis que interferem tanto nos corpos estáticos quanto nos corpos em movimento.
As forças aerodinâmicas agem sobre todos os corpos que se movem no ar. Para entender essa dinâmica, é importante compreender alguns conceitos fundamentais. Eles se aplicam, sobretudo, à indústria aeronáutica que utiliza os conhecimentos e os princípios de aerodinâmica para produzir suas aeronaves.
A criação das asas do avião é baseada nos princípios da aerodinâmica. (Foto: Pixabay)
Princípio de Bernoulli
O Princípio de Bernoulli trata da diferença de pressão do ar ao dizer que o aumento da velocidade do fluido é correspondente à diminuição da pressão. Esse princípio explica como um avião pode se sustentar no ar. A sustentação ocorre porque a pressão aérea que age sobre as asas é menor do que a pressão do ar que atua na parte inferior do avião. Desse modo, a força de baixo para cima é capaz de sustentar a aeronave.
Força de arrasto
A força de arrasto é oposta ao sentido do movimento, portanto, quanto maior for a resistência do objeto em relação ao ar, maior será o seu potencial aerodinâmico. Essa força é produzida sobre o objeto, na direção e sentido do escoamento, quando o objeto está se movimentando. Ela varia de acordo com a proporção da velocidade ou da forma do objeto.
Em um voo, a força de arrasto é gerada pela resistência do ar. Por ser oposta ao sentido do movimento, ela tende a puxar o avião para trás. O arrasto pode diminuir de acordo com a forma do avião. A depender de sua forma, a aeronave pode desviar o ar com mais facilidade e exercer maior resistência.
Força de sustentação
A força de sustentação é produzida sobre o objeto na direção transversal ao escoamento. Ela se contrapõe ao peso do objeto em movimento, ou seja, para estabilizar um objeto a força de sustentação deve ser igual ou maior que o seu peso. É a força de sustentação que possibilita a elevação e estabilização do objeto.
Para que uma aeronave possa voar, ela precisa gerar uma força de sustentação superior ao seu peso. Em um avião, a sustentação é gerada pela asa, mas outros fatores como velocidade do voo e altitude também são importantes para causar a força de sustentação.
Peso
O peso é a maior força exercida pelo objeto e sua direção é de encontro com o centro da terra. Ou seja, trata-se de uma força que atua sempre na direção vertical, em consequência da gravidade. Em um voo, o peso do avião é a maior força.
Empuxo
O empuxo ocorre quando uma quantidade de massa é expelida ou acelerada em uma direção e surge uma força na mesma direção, no sentido oposto. O empuxo das aeronaves é provocado pelas hélices ou turbinas, que têm a finalidade de movimentar o avião para frente.
Aplicação da aerodinâmica
A aerodinâmica possui várias aplicações diferentes. Atualmente, a indústria aeroespacial é capaz de produzir qualquer tipo de aeronave com base nos princípios da aerodinâmica. Eles são fundamentais tanto na construção do design, quanto no projeto de componentes mecânicos. Além disso, esses conhecimentos são utilizados para entender as formas como a circulação atmosférica e a mecânica de voo afetam o ecossistema.
Os princípios de aerodinâmica também são utilizados pela engenharia e arquitetura para projetar e construir pontes e edifícios, com o objetivo de calcular cargas de vento e identificar a força que o ar exercerá sobre essas construções. Além disso, esses conhecimentos servem para desenvolver projetos seguros e que proporcionem conforto como criação de microclimas urbanos que reduzem os efeitos da poluição.
Esses princípios se aplicam também na indústria automobilística e na construção de objetos como os submarinos. A aerodinâmica está sendo cada vez mais utilizada para aperfeiçoar o desempenho e a estabilidade de automóveis. Principalmente, com o avanço dos estudos com aerofólios, usado para diminuir as turbulências do ar. O equipamento é utilizado para dar estabilidade e bom desempenho aos carros, sobretudo, os esportivos de Fórmula 1.