Fluido e atmosfera
Fluido é todo corpo que não possui forma fixa, assumindo assim a forma do corpo que o contém. Existem dois tipos de fluidos encontrados na natureza: os líquidos e os gases.
Atmosféra é a camada de ar que circunda a Terra. É composta por 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1 % de outros gases.
Mesmo estando quase sempre presente o vapor de água não é considerado componente do ar.
O ar atmosférico fica preso a Terra devido a ação da gravidade e por isso o ar possui um peso, exercendo assim uma pressão sobre todos os corpos na superfície da Terra, essa pressão é chama de pressão atmosférica, ou seja, a pressão que o ar atmosférico faz sobre todas as coisas na superfície da Terra.
O ar atmosférico possui algumas propriedades que são variáveis e por isso afetam diretamente o voo e o funcionamento dos motores, são os chamados parâmetros atmosféricos, mencionados abaixo:
Densidade
É uma Grandeza Física responsável por medir a concentração de massa em um determinado volume, ou seja, é a massa por unidade de volume. Como o volume de uma dada massa de gás é variável, a densidade também varia na razão inversa do volume.
Temperatura
É o grau de agitação das moléculas de um corpo. Pode ser medida através de termômetros que podem ser graduados em diversas escalas.
Pressão
Força que é exercida sobre uma determinada área. A fórmula da pressão é a mostrada a seguir.
Lei dos gases
É a lei da física que descreve a forma pela qual variam a pressão, a densidade e a temperatura de um gás. Vejamos abaixo:
Mantendo a Densidade constante
A pressão aumenta proporcionalmente à temperatura. É o que acontece com uma panela de pressão. Quando fechamos a panela estamos criando uma forma de manter a densidade dentro da panela constante e ao colocar essa panela no fogo a temperatura aumentará e consequentemente a pressão também.
Mantendo a pressão constante
A densidade diminui proporcionalmente ao aumento da temperatura.
Temperatura constante
A densidade aumenta proporcionalmente à pressão.
Atenção!!
Os parâmetros atmosféricos diminuem à medida que a altitude aumenta, porem isso ocorre até uma determinada altitude.
Além da altitude a umidade também diminui a densidade do ar porque o vapor de água é menos denso que o oxigênio e o nitrogênio.
Condições ideais para pouso e decolagem
Todas as condições que aumentam a densidade do ar são condições ideais para pousos e decolagens, são elas:
- Pressão alta
- Temperatura baixa
- Umidade baixa
Atmosfera padrão
Devido a constante mudança nos valores dos parâmetros atmosféricos foi necessário a padronização para facilitar o estudo e a construção de aeronaves e motores.
A atmosfera padrão é também chamada de Atmosfera Padrão ISA e é a atmosfera predominante na aviação, definida pela OACI.
São adotados os seguintes parâmetros ao nível do mar.
- Pressão: 1013 hPa, 2992 Pol ou 760 mm de mercúrio.
- Densidade: 1,225kg/m3
- Temperatura: 15°C
Para a construção de aeronaves e motores os fabricantes baseiam-se na atmosfera padrão para impor a performance e limitações para operação.
Escoamento
O movimento de um fluido gasoso ou líquido é denominado escoamento, o qual pode ser de dois tipos, conforme mostrado abaixo.
Os fluidos sempre se movimentam dentro de uma canalização, o qual damos o nome de tudo de escoamento. O qual pode ser real ou imaginário.
No exemplo da mangueira, quando a água ainda se encontra dentro da mangueira dizemos que ela está escoando por um tudo real. Quando ela sai da mangueira passa a escoar por um tudo imaginário.
Equação da continuidade
É uma lei física que afirma que quanto mais estreito for o tubo de escoamento, maior será a velocidade do fluido e vice-versa.
Nesse caso V2 é maior do que V1. Isso ocorre devido ao estreitamento do tudo de escoamento.
Pressão estática, dinâmica e total
Pressão estática
É aquela que não depende do movimento de um fluido, tal como a pressão exercida pela atmosfera ou a pressão dentro de um pneu.
Pressão dinâmica
É uma pressão gerada pelo movimento, portanto depende da velocidade, tal como o impacto do ar sobre uma aeronave.
Pressão total
Nada mais é do que a soma da pressão dinâmica com a pressão estática.
Efeito Coanda
É a tendência que o fluxo de um fluido tem de aderir à superfície convexa ao longo da qual ele está fluindo, mesmo quando essa superfície deflexiona a parte da trajetória de fluxo original.
Observe que a água da torneira quando em contato com a superfície convexa da colher tende a se colar com essa superfície alterando o seu movimento inicial.
Esse efeito também ocorre nas asas dos aviões quando esses estão em movimento.
Observe que o vento relativo se mantém em contato com o perfil da asa através do efeito coanda.
Teorema de Bernoulli
É uma importante lei da mecânica dos fluidos que pode ser definida nos seguintes termos.
“UM AUMENTO NA VELOCIDADE DE UM FLUIDO EM ESCOAMENTO CAUSA UMA REDUÇÃO NA PRESSÃO ESTÁTICA E UM AUMENTO NA PRESSÃO DINÂMICA.”
Esse teorema, em partes, é o responsável pelo voo de um avião, veremos mais a diante que é através dele que um avião adquire a força necessária para levantar voo.
Portanto é essencial que essa definição esteja em sua mente.
Tubo de Venturi
O tubo de Venturi é um instrumento que prova o teorema de Bernoulli
Vimos anteriormente que no estreitamento ocorre um aumento de velocidade e de acordo com o teorema de Bernoulli um aumento de velocidade causa uma diminuição da pressão estática. Observe no instrumento como a pressão diminuiu no estreitamento quando a velocidade do líquido aumentou. Dessa forma, o tubo de Venturi é um equipamento que prova o teorema de Bernoulli.
Caro aluno, até aqui foi apresentado conceitos básicos de física que vão te ajudar a entender muita coisa que vai ser apresentado em teoria de voo. Como disse no início o objetivo desse capítulo é apenas trazer conceitos básicos, caso você sinta a necessidade de aprofundar os conhecimentos na física, será necessário um estudo mais aprofundado em livros específicos desse assunto.
Você agora está pronto para ingressar no mundo fascinante da teoria de voo e entender como um avião voa, quais as forças que atuam sobre ele e quais as características em diversas fases do voo. Sejam muito bem vindos a matéria de teoria de voo.
