Sexta-feira, 9 de Fevereiro de 2007

Introdução

  O homem sempre admirou o voo suave dos pássaros, aquelas habilidades  e técnicas naturais herdadas de Deus, que sempre foram de causar inveja. Ao passar dos tempos alguns aventureiros tentaram de alguma forma imitar os seres  voadores, mas não obtiveram sucesso, Leonardo da Vinci foi  uma figura que pesquisou  a  anatomia  dos pássaros, obteve informações do comportamento das asas em  relação  ao ar. Tempos depois tivemos  a colaboração  de  Alberto Santos Dumont, que conseguiu voar com seu 14-BIS,  aeronave  biplano, durante  alguns metros, e com isto fez desencadear a aviação  mundial. Com o efeito das guerras, a indústria aérea teve um  grande  impulso, promovendo estudos e pesquisas para o aperfeiçoamento de aeronaves.

Para que um avião voe, é necessário que algum tipo de força consiga vencer ou anular o seu peso, então vamos verificar neste blog o que  realmente acontece fisicamente quando ele está em movimento, originando fenómenos que irão ser explicados no desdobramento desta matéria, na qual as asas, também chamadas de aerofólios serão objecto de estudo. A aviação está baseada nos princípios da física, alguns estudados na escola, explicando-nos todos os mistérios que giram em torno desta prática. Muitas vezes, quando alguma pessoa vê pela primeira vez um Boeing ou um Airbus descolando num aeroporto, não imagina como aquela máquina com algumas toneladas consiga ficar afastada quilómetros do solo. É por estas razões que este assunto se torna muito curioso e apaixonante.  


publicado por Grupo VII às 08:50
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Fundamentos físicos

Sabemos que o principal obstáculo nas primeiras tentativas para colocar um avião no ar era o seu peso, uma força causada pela  gravidade, mas com alguns diferentes formatos na aerodinâmica dos corpos, conseguiu-se controlar este problema, de forma artesanal no início. Nos estudos e pesquisas feitos pelos cientistas das várias épocas, verificou-se que o ar, fluído que será responsável para sustentar uma aeronave em vôo é composto de alguns elementos, entre eles, nitrogênio, oxigênio e água, com isto podendo sofrer alterações em grandezas como a densidade, temperatura e pressão. Estas mudanças na atmosfera estão relacionadas entre as diferenças de temperatura e pressão entre as várias massas de ar que circulam, originando deslocamentos das camadas, dando início aos ventos, que poderão ser úteis ou desfavoráveis ao voo. 

As grandezas vetoriais e escalares estão presentes neste assunto, sendo as forças, todas vetoriais, incluindo as velocidades, pressões e acelerações, já as escalares, compostas da massa, das temperaturas e densidades. Quando um avião tem o vento a seu favor, temos uma soma vetorial, ou vice-versa, com isto, os vetores são amplamente utilizados, originando todo tipo de resultantes, sejam elas verticais, como peso e sustentação, que será vista posteriormente no ítem das forças, ou horizontais, como a tração e a resistência do ar, quando o avião está em voo com velocidade constante, a soma de todas as suas forças é nula. O empuxo, visto em hidrostática, também é bem utilizado, porém tendo como fluído, o ar, pois o deslocamento de ar para trás irá causar uma força para frente, então o empuxo, já relacionando com a 3º lei de Newton, lei da acção e reacção ( para toda força existe uma outra de mesma direcção, mesmo módulo e sentido contrário). A temperatura é uma grandeza escalar muito importante, sendo muito variável, sabemos que quanto mais alto estivermos em relação ao nível do mar, menor será o seu valor, o mesmo acontece com a densidade do ar, pois quanto maior a altitude, mais rarefeito ficará, alterando as forças relacionadas com o voo, pois altera diretamente a resistência do ar, quanto ao avanço de um corpo.   


publicado por Grupo VII às 06:04
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As 4 forças aerodinâmicas

Existem quatro forças básicas presentes no voo:

SUSTENTAÇÃO:

  Quando um avião se desloca pelo ar, ocorre um fenómeno na sua asa que irá produzir uma força para cima, sentido inverso ao peso. O perfil da asa ou aerofólio tem comprimentos diferentes na parte superior (extradorso) e na parte inferior (intradorso) devido ao seu formato, possibilitando que duas partículas de ar percorrendo tais comprimentos ao mesmo tempo, consequentemente tenham velocidades diferentes. A física explica que o aumento da velocidade de um fluído pelas paredes de um tubo, provoca um aumento da pressão dinâmica (ar em movimento) e uma diminuição da pressão estática (ar em repouso), originando uma força. Então, tal diferença de pressões estáticas será a responsável por criar uma força perpendicular a superfície da asa, chamada de resultante aerodinámica, agindo no chamado centro de pressão, tendo como sua componente vertical, a força de sustentação.

ARRASTO:

  O arrasto é uma força aerodinâmica devido à resistência do ar, que se opõe ao avanço de um corpo. Essa força depende de alguns factores como a forma do corpo, a sua rugosidade e o efeito induzido resultante da diferença de pressão entre a parte inferior e superior da asa. Então podemos dividir o ARRASTO em três ítens:

                     Arrasto de atrito 

          Arrasto de forma

          Arrasto induzido

TRACÇÃO/ IMPULSO:

 

A tracção é uma força responsável por impulsionar a aeronave para frente, sendo originada de algum tipo de motor. Normalmente, no dias de hoje a aviação está servida de motores convencionais, a quatro tempos e motores a reacção, utilizando-se de turbo-jatos e turbo-fan.

 

PESO:

 

O peso está relacionado com a força da gravidade, a qual atrai todos os corpos que estão no campo gravitacional terrestre. Não existe nenhuma forma de alterar esta força, então é preciso cada vez mais aperfeiçoar as aeronaves, para sempre respeitar as leis da natureza. 

O peso é um factor muito importante nas operações de pouso e descolagem, pois um avião muito pesado irá precisar de maior comprimento de pista para descolar, para conseguir velocidade suficiente visando a sustentação para anular o peso, sendo assim, aviões maiores são impedidos de operar em certos aeroportos. O mesmo acontece na aterragem, pois deve-se respeitar a lei da inércia. 


publicado por Grupo VII às 05:40
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Motores convencionais

Este tipo de motor utiliza-se basicamente da mesma tecnologia dos motores dos carros modernos, ou seja, o sistema a quatro tempos, utilizando-se de um número variável de cilindros onde será gerada a energia necessária para movimentar a hélice que impulsionará o avião a frente. Uma mistura de ar e combustível, normalmente utilizado uma gasolina especial, é preparada no carburador e emitida para a câmara de combustão, dentro do cilindro, pela válvula de admissão, movimentando o pistão para baixo, e transferindo todo movimento para o eixo de manivelas, ligado a hélice. Após o pistão sobe e comprime a mistura, a qual receberá uma centelha de um dispositivo chamado vela, provocando uma combustão e um aumento da pressão da mistura e uma consequente expansão, forçando o pistão para baixo, após, os gases finais são expelidos pela válvula de escape, e o ciclo continua, para que o avião mantenha a força de tracção.

Devido ao avanço da tecnologia, alguns aviões a hélice utilizam um sistema que adiciona uma turbina, que será visto nos motores a reacção, recebendo o nome de turbo-hélice. A figura abaixo mostra ama aeronave com tracção a hélice.


publicado por Grupo VII às 04:03
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Motores a reacção

Este tipo de motor funciona de acordo com a terceira lei de Newton, acção e reacção, onde a acção se situa na expulsão dos gases para trás, provocando a reacção do deslocamento do avião para frente. Os sistemas utilizados são os turbo-jato e turbo-fan, sendo este último mais moderno.

O sistema em si, utiliza-se de um conjunto de pás na parte da frente, formando o primeiro compressor e a parte de traz, segundo compressor da turbina, e no meio contendo uma câmara de combustão, onde se dará a queima da mistura de ar comprimido com o combustível, normalmente querosene, que aumentará ainda mais a pressão dos gases originando uma saída dos mesmos muito forte. Neste caso, está presente a força de empuxo devido ao deslocamento dos gases. Abaixo pode ser visto o correcto funcionamento de uma turbina.


publicado por Grupo VII às 03:03
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