Cidade dinamarquesa experimenta um desenvolvimento incrível
Os humanos sonham em voar como pássaros desde que a história foi registrada. Até mesmo, o mito de Ícaro fala do desejo inicial da humanidade de voar alto no céu. Mas o verdadeiro voo motorizado permaneceu ilusório até o século XIX, quando os avanços lançaram as bases para a aviação.
Em 17 de dezembro de 1903, Wilbur e Orville Wright fizeram história com o primeiro voo controlado e motorizado, em Kitty Hawk, Carolina do Norte. Sua aeronave, o Wright Flyer, usava um motor leve e um sistema de controle de três eixos que estabeleceu a base para a engenharia aeronáutica moderna.
Em 1917, Albert Einstein revolucionou a Física com suas teorias de espaço e tempo. No mesmo ano, o cientista tentou projetar uma asa de avião, mas não teve sucesso. Sua abordagem falha decorreu de uma compreensão incompleta do voo, que continua sendo uma fonte de equívocos hoje.
A maneira como os aviões geram sustentação é frequentemente mal compreendida. Muitas explicações incorretas continuam a circular, apesar de pesquisas extensivas. Os erros de Einstein fornecem insights sobre o quão complexa é a ciência do voo, e seus erros de cálculo destacam como até mesmo grandes mentes podem ter dificuldades com a aerodinâmica.
Embora normalmente não pensemos no ar como um fluido, ele se comporta muito como a água. Ele tem correntes, diferenças de pressão e flutuabilidade. Os aviões devem gerar uma força ascendente, chamada de "sustentação", para permanecerem no ar — muito parecido com a forma como os barcos flutuam na água usando flutuabilidade.
As asas de um avião são responsáveis por gerar a maior parte da sustentação que o mantém no ar. A interação entre o ar e a superfície da asa cria as forças necessárias. Mas como exatamente essa sustentação é gerada continua sendo um tópico de debate.
Uma explicação amplamente difundida, mas incorreta, para a sustentação afirma que as moléculas de ar viajando sobre a superfície superior curva de uma asa devem atingir a parte traseira ao mesmo tempo que as moléculas que vão por baixo. Essa teoria presume erroneamente que o ar deve se mover mais rápido no topo para se encontrar ao mesmo tempo, o que puxa a aeronave para cima.
Na realidade, o ar que se move sobre o topo da asa atinge a borda de fuga muito mais rápido do que o ar abaixo. A explicação do tempo de trânsito igual ignora o fato de que o ar acima da asa acelera devido a mudanças na pressão e na curvatura.
Para entender a sustentação, precisamos observar como o ar interage com uma asa em movimento. Conforme a asa avança, ela influencia o ar ao redor e causa variações na velocidade e na pressão.
Quando o ar encontra a borda dianteira de uma asa, ele se divide em diferentes caminhos. O fluxo superior segue o contorno da asa e acelera conforme se move ao redor da superfície curva. Essa aceleração resulta em uma diminuição da pressão, que é crucial para gerar sustentação.
O ar que se move sobre a asa sofre aceleração centrípeta, que é semelhante a como um carro faz uma curva fechada em uma estrada curva. Essa aceleração aumenta a velocidade do ar e reduz a pressão na superfície superior da asa, o que aumenta a sustentação e puxa ainda mais ar para o fluxo aerodinâmico.
Enquanto o ar superior acelera e a pressão diminui, o ar abaixo da asa sofre muito menos mudanças. A pressão abaixo da asa permanece mais alta em comparação com o topo, e essa diferença de pressão é o que gera sustentação.
Quanto mais rápido um avião se move pelo ar, maior a diferença de pressão na asa. Esse aumento amplifica a força de sustentação, permitindo que uma aeronave supere a gravidade e decole.
Embora a curvatura possa ajudar a criar sustentação, a curvatura excessiva da asa pode sair pela culatra. Se uma asa for muito curvada ou angulada muito íngreme, o fluxo de ar pode se desprender de sua superfície, o que leva à turbulência. Esse fenômeno interrompe a sustentação e pode causar instabilidade aerodinâmica perigosa.
Curiosamente, muito do que sabemos sobre aerodinâmica pode ser atribuído a Sir Isaac Newton, o matemático e físico inglês que estabeleceu as leis da mecânica clássica no século XVII.
As leis do movimento de Newton, publicadas em 1687 em seu Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, revolucionaram nossa compreensão do movimento. Essas leis descrevem como os objetos interagem com as forças e continuam sendo fundamentais para a física e a aerodinâmica hoje.
Um objeto em repouso permanece em repouso, e um objeto em movimento permanece em movimento a menos que seja influenciado por uma força externa. Isso significa que se nenhuma força interferir, um objeto continuará se movendo indefinidamente ou permanecerá perfeitamente parado.
Se um avião parasse de repente, os passageiros iriam para a frente porque seus corpos resistem à mudança de movimento. Similarmente, um livro sobre uma mesa não se move a menos que seja empurrado, o que demonstra como os objetos resistem a mudanças em seu estado de movimento.
A segunda lei de Newton diz que uma força aplicada a um objeto depende tanto de sua massa quanto de sua aceleração. Uma força maior é necessária para mover objetos mais pesados, enquanto os mais leves requerem menos força para atingir a mesma aceleração.
Empurrar um carrinho de compras vazio é mais fácil do que empurrar um cheio porque a massa maior requer mais força. Da mesma forma, aviões precisam de quantidades massivas de empuxo para impulsionar seu peso no ar, o que ilustra perfeitamente a segunda lei de Newton.
Para cada ação, há uma reação igual e oposta. Isso significa que quando um objeto exerce uma força sobre outro, o segundo objeto empurra de volta com força igual na direção oposta.
Quando você pula de um barco para uma doca, o barco se move para trás. Isso acontece porque, conforme você empurra o barco para fora (ação), o barco empurra para trás com força igual (reação), fazendo com que ele se desvie na direção oposta.
Aviões voam empurrando o ar para baixo com suas asas (ação), e em resposta o ar empurra as asas para cima (reação), gerando sustentação. Similarmente, um motor a jato expele gás para trás, o que por sua vez impulsiona o avião para frente.
As leis de Newton são fundamentais para a aerodinâmica. A primeira lei explica por que um avião continua se movendo para frente após a decolagem. A segunda lei ajuda os engenheiros a calcular a força necessária para gerar sustentação e superar a gravidade. E a terceira lei é essencial para entender a propulsão e a sustentação.
Os aviões dependem inteiramente das leis de Newton para permanecer no ar, manobrar e pousar com segurança. Quando esses princípios fundamentais são interrompidos (seja devido a falha mecânica ou aerodinâmica ruim), os resultados podem ser catastróficos. Entender como essas falhas ocorrem é crucial para a segurança da aviação.
A primeira lei de Newton afirma que um objeto em movimento permanece em movimento a menos que seja influenciado por uma força externa. Se o sistema de frenagem de uma aeronave falhar no pouso, ou se os pilotos não conseguirem aplicar força de contra-ataque suficiente durante uma curva, a aeronave pode ultrapassar as pistas ou até mesmo perder o controle no ar.
A segunda lei de Newton afirma que força é igual a massa vezes aceleração. Se uma aeronave não gerar força suficiente (por meio de empuxo insuficiente ou falha do motor), ela não acelerará ou não manterá altitude, resultando em incapacidade de sustentar voo controlado.
A terceira lei de Newton afirma que para cada ação, há uma reação igual e oposta. Se um avião excede seus limites estruturais, essa lei se manifesta de maneiras destrutivas. Velocidade excessiva ou turbulência podem causar forças que sobrecarregam a estrutura da aeronave, levando a uma falha catastrófica.
Cada desastre ou mau funcionamento de aeronave ensina engenheiros e pilotos como melhorar a segurança de voo. À medida que a tecnologia avança, nossa compreensão da aerodinâmica continua a evoluir. O futuro das aeronaves está mudando constantemente, e talvez o futuro possa ver a humanidade tocando os céus de maneiras diferentes.
Fontes: (NASA) (TED-Ed) (HowStuffWorks) (Scientific American)
O mistério do voo tem estado no centro da curiosidade humana por séculos. Dos esboços de Leonardo da Vinci aos experimentos pioneiros dos aviadores irmãos Wright, a humanidade tem buscado incansavelmente dominar os céus. Mas mesmo quando a aviação se tornou uma característica definidora da civilização moderna, os princípios fundamentais por trás do voo têm sido frequentemente mal compreendidos. Apesar da aparente facilidade com que um avião decola do solo hoje em dia, a ciência por trás do voo é tudo menos direta. O conceito de sustentação, em particular, continua sendo uma área de debate e equívocos, com inúmeras explicações (algumas precisas, outras falhas) difundindo-se nos círculos científicos e educacionais.
Mas como exatamente um avião atinge a sustentação? Por que tantas explicações dessa força invisível são insuficientes? E o que os equívocos do passado podem nos ensinar sobre a complexidade da aerodinâmica? Clique nesta galeria para descobrir.
Como os aviões realmente funcionam?
Por trás das forças invisíveis que mantêm os aviões no ar!
LIFESTYLE Voo
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Mas como exatamente um avião atinge a sustentação? Por que tantas explicações dessa força invisível são insuficientes? E o que os equívocos do passado podem nos ensinar sobre a complexidade da aerodinâmica? Clique nesta galeria para descobrir.