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Aerodinâmica: Questão de equilíbrio

O que mantém o avião no ar é uma luta entre forças opostas.

Maria Fernanda Vomero

O avião voa porque tem asas. Parece óbvio, não? Mas a humanidade demorou séculos para descobrir o efeito aerodinâmico, uma das maravilhas da Física. Para entendê-lo, primeiro é preciso imaginar o ar que você respira como um imenso oceano. Seguindo a regra que vale para qualquer fluido, o ar tem densidade e exerce uma certa pressão de cima para baixo. Para que um corpo mais denso que o ar se sustente nele é indispensável vencer a pressão – e também o peso, que puxa qualquer coisa para baixo, pela força da gravidade.

Por isso, a asa é fundamental. Observando as aves, nossos ancestrais perceberam que suas asas tinham um perfil especial, curvo em cima e reto embaixo. Graças a esse formato, elas dividiam o ar em duas fatias de velocidades distintas. Isso tornava a pressão na parte de cima menor do que na de baixo. Resultado: a ave era empurrada para o alto. Essa força, chamada sustentação, é o principal elemento do vôo.

Resolvido o problema da sustentação, era preciso vencer também a resistência do ar, que empurra o avião para trás. As aves têm músculos potentes para executar essa tarefa. O avião precisa de motores. São eles que produzem a tração, força necessária para fazer a máquina decolar e seguir para a frente.

Mas faltava ainda um detalhe. A viscosidade do ar, que o mantém colado às asas – dando, assim, sustentação à aeronave –, diminui de acordo com a inclinação. Por isso, o ângulo que elas formam em relação ao vento, o chamado ângulo de ataque, é fundamental. “Se ele for grande demais, a sustentação desaparece e o avião cai”, explica o engenheiro Dawilson Lucato, do Centro de Engenharia Aeronáutica, Automotiva, de Trânsito e de Transportes, em São Paulo. Como você viu, o mecanismo do vôo é simples. De óbvio, porém, ele não tem nada.

Corta-vento perfeito

O design da asa é ideal para o vôo.

Direto pro chão

Imagine um cubo voador. Ele vai enfrentar uma resistência do ar muito grande. Seu formato provoca um forte atrito, gerando turbulência, que agita o cubo e o desestabiliza. Resultado: queda rápida.

Mais suave

Uma esfera é bem mais aerodinâmica. Sofre menos resistência, mas ainda produz turbulência demais para tornar possível o vôo.

A solução

O problema da asa foi resolvido com o formato curvo em cima e reto embaixo, com a frente arredondada. Esse perfil faz com que a resistência do ar seja mínima e a turbulência, desprezível.

Céus, isso voa!

Forma abaulada produz sustentação.

1. A asa divide o ar em duas camadas iguais. Uma segue por cima, outra vai por baixo.

2. A fatia de vento que contorna a asa por cima percorre um caminho mais longo do que a fatia de baixo. Por um princípio da Física, as duas fatias têm de se deslocar no mesmo tempo – do contrário, seria criado vácuo. Então, a camada de ar superior acaba ganhando mais velocidade.

3. Quando a velocidade do ar aumenta, sua pressão sobre a asa diminui. Isso acontece por outro princípio da Física, segundo o qual a energia total de um corpo deve ser constante. A diferença de pressão entre a parte de cima e a parte de baixo da asa é que produz a força de sustentação. Como a pressão em cima da asa é menor do que embaixo, o avião sobe.

Na medida certa

Inclinação muito grande inviabiliza o vôo.

O ângulo formado entre a direção do vento e a asa se chama ângulo de ataque. Ele deve ser pequeno, de até 15 graus 1, para o avião decolar. Se for muito grande 2, o fluxo de ar se descola da asa, tirando a sustentação. É o chamado estol, que pode até derrubar o avião.