A aerodinâmica estuda as propriedades, as características e as forças dos fluidos gasosos e sua relação de interação com corpos sólidos.
Essa parte da dinâmica trabalha com o estudo de alguns conceitos como força de arrasto e de sustentação, que são variáveis que interferem tanto nos corpos estáticos quanto nos corpos em movimento.
Essencial para a criação de aeronaves e automóveis, o campo de estudo da aerodinâmica passou a ganhar importância com a indústria automobilística. Os princípios da aerodinâmica foram fundamentais para criar modelos com bom desempenho e que suportem a resistência do ar.
A lei da física que fundamenta os princípios da aerodinâmica é o Princípio de Bernoulli. Esse princípio relaciona a velocidade do fluxo do ar com a pressão correspondente. De acordo com esse princípio, quanto maior a velocidade de fluxo, menor será a pressão, e quando há o aumento da pressão, há a diminuição da velocidade de fluxo.
História da aerodinâmica
Embora conceitos fundamentais, como arrasto aerodinâmico, já tivessem sido estudados anteriormente, o estudo formal da aerodinâmica, no sentido moderno, teve início no século XVIII.
Os primeiros estudos da aerodinâmica foram direcionados para voos mais pesados que o ar. No entanto, através de análises matemáticas e experimentações, uma base racional foi formada para desenvolver uma série de outras tecnologias.
A partir de 1950, a aerodinâmica passou a ser estudada nos carros. Um dos motivos que impulsionou esse estudo foi a necessidade de uma solução para que os carros de corrida pudessem atingir alta velocidade sem perder a estabilidade.
A partir de então, ocorreu um grande avanço na área com o estudo dos aerofólios. O equipamento, usado para diminuir as turbulências do ar, é utilizado para dar estabilidade e bom desempenho nos carros, sobretudo, o esportivos de Fórmula 1.
Conceitos básicos de aerodinâmica
As forças aerodinâmicas atuam sobre corpos que se deslocam no ar. Para entender aerodinâmica, é necessário compreender alguns conceitos fundamentais que se aplicam, sobretudo, na indústria automobilística e na engenharia aeroespacial.
Força de arrasto
Trata-se de uma força produzida sobre o corpo na direção e sentido do escoamento pela ação do atrito do ar com a superfície do corpo.
A força de arrasto é gerada quando o corpo está se movimentando e aumenta de acordo com a proporção da velocidade ou da forma do objeto.
Essa força é oposta ao sentido do movimento, logo, quanto maior for a resistência do objeto em relação ao ar, maior será o seu potencial aerodinâmico.
Em um voo, a força de arrasto é produzida pela resistência do ar. Oposta ao sentido do movimento, a tendência dessa força é puxar o avião para trás.
Força de sustentação
Trata-se da força que se contrapõe ao peso do objeto que está em movimento. Ela é produzida sobre o corpo na direção transversal ao escoamento.
A força de sustentação permite que o objeto se eleve e se mantenha estabilizado.
Para que isso ocorra é necessário que a força de sustentação seja igual ou maior ao peso do objeto.
Em um avião, a sustentação é gerada pela asa. As dimensões e o formato da asa da aeronave são fatores essenciais para a sustentação, no entanto, a velocidade do voo e altitude do avião também são importantes.
Peso
O peso é uma força que atua sempre na direção vertical, devido à força da gravidade. Por isso, para uma aeronave voar ela precisa gerar uma força maior do que seu próprio peso.
Empuxo
O empuxo é gerado quando uma certa quantidade de massa é expelida ou acelerada em uma direção e surge uma força na mesma direção, porém em sentido contrário.
Em um avião o empuxo é gerado por hélices ou turbinas com a finalidade de movimentar a aeronave para frente.
Princípio de Bernoulli
Esses conceitos encontram sustentação no Princípio de Bernouli, o qual traz a equação que trata da diferença de pressão do ar. Esse princípio explica que o aumento na velocidade do fluido ocorre ao mesmo tempo da diminuição da pressão.
No caso do avião, a pressão aérea que passa sobre as asas é menor que a que passa na parte inferior. Isso provoca uma força de baixo para cima capaz de sustentar a aeronave no ar.
Aplicação da aerodinâmica
A aerodinâmica possui várias aplicações diferentes. Conheça algumas delas:
- Engenharia aeroespacial –
é fundamental na construção do design de veículos e no projeto de componentes mecânicos, além disso é utilizada para descrever as formas nas quais a circulação atmosférica e a mecânica de voo afetam os ecossistemas. - Engenharia estrutural – é
usada para calcular cargas de vento em projetos de grandes edifícios e pontescom o objetivo de identificar a força que o ar exercerá sobre essas construções. - Arquitetura e Urbanismo – é essencial para desenvolver projetos seguros e que proporcionem conforto, pois
através da aerodinâmica é possível criar microclimas urbanos e reduzir os efeitos da poluição.