Na postagem de hoje é abordado novamente um único problema, o Challenge Problem, 6.104 página 205 do livro University Physics, 13th edition, livro que é adotado aqui como referência. Na sua resolução também se emprega Cálculo. O tema é relativo à forças resistivas que ocorrem no voo de uma aeronave pequena, Cessna 150.
Antes de partir para a resolução do problema procurei e acessei na internet muitas fontes sobre os fenômenos relevantes que tornam possível um avião se manter no ar. Listo abaixo alguns links em que me apoiei para a resolução que posto hoje.
Encontrei também mitos que são utilizados com frequência nas explicações de força de sustentação em diversos vídeos disponíveis na internet.
Links mais relevantes que utilizei.
a) https://youtu.be/edLnZgF9mUg
b) https://youtu.be/v482GO5Me-8
c) https://youtu.be/ph1HqrioLPs
d) https://youtu.be/JSIPr9kcxdA
e) https://www.studyflight.com/flight-for-range-and-endurance/
Sobre os mitos.
1 Teoria "Equal transit" que estabelece que as moléculas de ar que se dividem na parte dianteira do aerofólio (uma fazendo o trajeto superior e a outra o trajeto inferior do aerofólio) gastam o mesmo tempo para se encontrar novamente na parte traseira. Com isto, as moléculas da parte superior necessitam de uma velocidade maior e pelo princípio de Bernoulli a pressão seria menor do que na parte inferior gerando uma força para cima. Há belas ilustrações desta teoria. No meu tempo de estudante era a teoria predominante.
Os vídeos a) , b) e c) citados acima desmistificam esta teoria. Resumidamente porque:
- não há nenhum principio físico que suporta a teoria "equal transit"; e também,
- os testes em túnel de vento simplesmente desmentem que isto ocorra.
Ambos os vídeos concordam que as moléculas que percorrem os trajetos (superior e inferior) o fazem pela viscosidade do ar e ambas são empurradas para baixo pela asa. Pela 3ª Lei de Newton aparece na asa uma força resultante para cima, como reação ao ar que é forçado para baixo. Há vídeos onde o instrutor sopra sobre uma folha de papel em sua mão e vê-se que a parte traseira da folha de papel se eleva. Porém a folha de papel tem uma secção transversal retangular! Não há trajeto mais longo na parte superior do que na parte inferior; os trajetos têm o mesmo comprimento! Obviamente que se visualiza a parte traseira da folha se elevando. Porém a explicação para isto não pode ser baseada na teoria "Equal Transit" !
Pela mesma razão, com esta teoria seria impossível explicar porque o avião de papel (brinquedo infantil) consegue planar no ar sendo que a secção transversal do "aerofólio" é retangular.
A explicação mais adequada para a força de sustentação no avião é pela 3ª lei de Newton!
2 Os vídeos b) e c) cobrem também os 5 mitos mais comuns. Deste vídeo, "Bernoulli or Newton? Why it is so difficult to explain lift", extrai a foto abaixo, Ela é um instantâneo de um experimento conduzido num túnel de vento e mostra alguns tópicos muito relevantes.
Particularmente:
- há sim uma velocidade maior na parte superior do que na inferior.
- há um descolamento das camadas de ar logo na parte frontal do fluxo inferior sendo que no superior isto só vai ocorrer mais atrás.
- os dois fluxos NÃO se encontram na parte posterior do aerofólio e sim muito tempo depois.
- nota-se na parte traseira do aerofólio uma turbulência que afeta o fluxo laminar.
Há outras conclusões igualmente importantes.
