Teoria de voo

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Nelson Studart Departamento de Física, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos e-mail: studart@df.ufscar.br Sílvio R. Dahmen Instituto de Fisica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre e Physikalisches Institut, Universität Würzburg, Würzburg. e-mail: silvio.dahmen@ufrgs.br e sdahmen@physik.uni-wuerzburg.de
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O vôo tem inspirado a imaginação do homem desde tempos remotos. Antes algo restrito a poucos, hoje os aviões se tornaram um meio de transporte acessível, fato este comprovado pelo crescimento espantoso do transporte aéreo nos últimos anos. Mesmo com esta popularização a fascinação pelo vôo continua. Assim é surpreendente como a descrição do vôo não tenha sido usada intensamenteem livros didáticos e na sala de aula para demonstrar em todos os níveis de escolaridade a aplicação de princípios básicos da Física em exemplos atraentes. Nada contra as roldanas, os planos inclinados e outros exemplos ideais, que ainda são importantes como maneira de se treinar a abstração e reduzir problemas a seus elementos fundamentais. Mas um exemplo prático de um dia-a-dia cada vez maispróximo das pessoas desempenha sem dúvida um papel essencial ao mostrar para os alunos uma física presente na sua vida. Neste artigo, propomos o exemplo prático e fascinante do vôo para ilustrar conceitos e leis da Física.

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As forças no avião

• Arrasto (R), essencialmente uma força de atrito,é a componente ara os físicos, as forças da natuda força aerodinâmica paralela à direreza são quatro: a forte, responção de vôo; ável pela coesão nuclear, a fraca • Peso é a força da gravidade que produz a radioatividade, a eletro(P = mg) atuando sobre o avião e dirimagnética que está relacionada à maiogida para o centro da Terra; ria dos fenômenos com os quais con• Tração (T) é a força produzidavivemos no cotidiano e finalmente a pelo motor e é dirigida ao longo do gravitacional que atua entre quaisquer eixo longitudinal do avião. corpos que possuem massa. Antes de discutir o movimento do No jargão aeronáutico também se avião, é instrutivo calcular as forças costuma falar em “quatro forças”. A de sustentação e arrasto na simples menção obviamente restringe-se ao experiência com uma pipa.Para nosmundo particular de quem lida com sos propósitos, é suficiente considerar o vôo e seu conhecimento é fundaa pipa como uma placa plana de área mental para que os pilotos possam A. Na Fig. 1, apresentamos as forças voar apropriadamente. O vento fluinatuando sobre a pipa suposta em redo em uma determinada direção em pouso. Nesta situação, a tensão no fio relação ao avião exercida por quem Nojargão aeronáutico produz uma força empina a pipa deve costuma-se falar em sobre o aeroplano ser igual à resultan“quatro forças”: chamada de força te das forças. Consi• Sustentação aerodinâmica total. derando o sistema • Arrasto Uma outra granortogonal de coor• Peso deza intimamente denadas orientado • Tração ligada à força aerona direção da Terra, dinâmica e também obtemos muito importante nadescrição do vôo , (1) é o ângulo de ataque definido como o ângulo formado pela direção do vento . (2) (chamado usualmente de “vento relaSe você medir com um dinamôtivo”) e a direção do avião. metro a força sobre o fio T e o ângulo A força aerodinâmica total pode de inclinação θ, você terá uma boa esser decomposta em duas componentimativa das forças de sustentação e tes: a sustentação e o arrasto.Além de arrasto. É importante notar que o desta, atuam sobre o avião o peso e a ângulo θ destas equações é o ângulo força de tração (ou propulsão). que o fio da pipa faz com a relação à Podemos definir mais especificahorizontal e não deve ser confundido mente as quatro forças envolvidas na com o ângulo que a pipa faz com física do vôo como relação a esta mesma horizontal. Este • Sustentação (S)...
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