UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE FÍSICA
MESTRADO PROFISSIONALIZANTE EM ENSINO DE FÍSICA - NOVAS TECNOLOGIAS NO ENSINO DE FÍSICA I
LAURA RITA RUI
Sempre que um objeto se move através de um fluido, experimenta alguma resistência ao seu movimento.
A aerodinâmica é o estudo do comportamento dos objetos sujeitos à força de resistência do ar.
Em muitos casos, a aerodinâmica é imprescindível ...
O
gavião, ao avistar uma presa no solo, fecha as asas e inclina o corpo, a
fim de ganhar velocidade vencendo melhor a resistência do ar.
O
pára-quedista é desacelerado quando abre seu pára-quedas, por causa da
força de resistência do ar que age sobre o pára-quedas.
O
ciclista, numa competição de velocidade, raspa os pêlos dos braços e
pernas e usa um capacete em forma de gota.
O ar é um fluido que nos envolve e oferece resistência aos movimentos. Essa resistência é uma força que diminui a velocidade dos corpos, tanto em movimento vertical quanto horizontal.
Podemos relacionar todos os fatores que influenciam na aerodinâmica de um objeto, veja a equação1 abaixo:
A resistência do ar ao movimento surge pela colisão das moléculas que compõem o fluido. Portanto, a força de resistência vai depender da massa das moléculas que se chocam com o objeto, essa dependência é expressa pela densidade do ar r .
Na equação, o formato dos objetos é caracterizado por Cx, que indica o coeficiente de arrasto aerodinâmico. A rugosidade da superfície do objeto também influencia no arrasto aerodinâmico. Quanto menor for Cx, melhor a aerodinâmica do objeto.
A tabela2 abaixo mostra alguns objetos e seus respectivos coeficientes de arrasto.
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Formato | Descrição |
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face plana atrás |
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face plana frontal |
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Secção em C |
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Verificamos que quanto menor a área de contato do corpo com o ar, maior a velocidade que o objeto atingirá. A área A de contato é a maior área de secção transversal do corpo em contato com o ar (maior área perpendicular à direção em que o corpo sem movimenta).
Compare as linhas de corrente (comportamento do ar ao contornar o corpo em movimento) dos os objetos abaixo3 , e compare com os valores dos seus coeficientes de arrasto da tabela acima.
A indústria automobilistica também baseia-se na forma da gota para construir carros cada vez mais aerodinâmicos.
O que chamamos de gota é a forma da água ao atingir uma determinada velocidade, durante o movimento de queda.
Costumamos chamar de queda livre o movimento dos corpos abandonados de uma altura qualquer. O termo livre diz respeito à ausência da resistência do ar. Se não existisse a resistência do ar, a forma da água não seria a de uma gota ao cair.
À medida que a gota de água cai, tanto a velocidade quanto a resistência aumentam, até que esta última fica igual ao peso da gota. Quando isso acontece, ela alcançou a velocidade limite.
"Um esporte que utiliza o conceito de velocidade limite é o pára-quedismo. Quando salta de um avião, o pára-quedista cai com aceleração decrescente aproximando-se de uma velocidade limite de cerca de 320 km/h. No entanto, os pára-quedistas são capazes de aumentar ou diminuir os efeitos da resistência do ar mudando a orientação e a forma efetiva dos seus corpos. Quando o corpo está totalmente horizontal, com os braços e pernas estendidos, a resistência do ar é máxima e portanto, a velocidade limite é a menor possível."
( Peter J. Brancazio - Professor de Física da Universidade de Nova York).
Veja a simulação4 da queda de um pára-quedista:
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Referências (e para saber mais)
1 e 2 _ www.scite.pro.br
3 - www.expoente.com.br/trabalunos/hppessoa/aerodi/principios.html
4 - www.isa.utl.pt/der/Fisica/Resistencia_ar.html