Fundamentos de Física

Como um avião se sustenta no ar?

Para discutir o mecanismo de sustentação de um avião no ar, vamos considerar a atmosfera em repouso num referencial inercial fixo no solo. As asas, assim como outras partes do avião, arrastam sempre com elas certa quantidade de ar. Contudo, para o nosso argumento, vamos supor que esse não é o caso. Desse modo, quando uma asa passa por uma região qualquer da atmosfera, os elementos de volume de ar que estão no seu caminho se afastam de suas posições, deixando-a passar, e depois voltam às suas posições originais, quando ela já tiver passado.

Em um referencial inercial fixo no avião, os elementos de volume de ar percorrem linhas de corrente que se separam, umas passando por cima e outras passando por baixo da asa.

Digamos que todo elemento de volume de ar que passa pelo ponto genérico A, situado a uma altura $y_A$ acima do zero gravitacional, têm velocidade com módulo $v_A$ e todo elemento de volume de ar que passa pelo ponto genérico B, situado a uma altura $y_B$ acima do zero gravitacional, têm velocidade com módulo $v_B$.

Para esses elementos de volume de ar, a equação de Bernoulli fornece:

$P_A+\rho g{y}_A+\frac{1}{2} \rho {v_A}^2=P_B+\rho g{y}_B+\frac{1}{2} \rho {v_B}^2$

e depois de reagrupar os termos:

$P_B-P_A=\frac{1}{2} \rho ({v_A}^2-{v_B}^2)+\rho g(y_A-y_B)$

Devido à forma do perfil da asa do avião, os elementos de volume de ar que passam por cima dela têm que percorrer uma distância maior do que os elementos de volume de ar que passam por baixo. Assim, $v_A>v_B$. Além disso, $y_A>y_B$. Sendo assim, o lado direito da expressão acima é positivo e, por isso, o lado esquerdo também deve ser positivo. Então: $P_B>P_A$. Isto significa que existe uma força resultante atuando na asa do avião, de baixo para cima, que lhe dá sustentação.

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Site do Grupo de Ensino de Física da Universidade Federal de Santa Maria (GEF-UFSM)