terça-feira, 9 de maio de 2006

Como funciona um avião



Espiral provocada por um avião em processo de decolagem, visível pelo impacto do ar que desliza das suas asas, com um corante previamente colocado no chão. ( http://pt.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%83%C2%A2nica_dos_fluidos )

Toda aeronave mais pesada que o ar, seja um planador ou um avião a jato, depende da aplicação da energia mecânica ao ar circundante, de forma a receber um impulso para cima, sustentando-a contra as forças de gravidade. Para que a nave se mantenha no alto, é necessária uma entrada contínua de energia, que proporcione o movimento para a frente, contra a resistência do ar. As hélices, jatos ou foguetes, acionados por motor, fornecem o impulso necessário não só à permanência no ar, como também à subida do aparelho ou decolagem.Basicamente, um avião é composto de uma fuselagem em forma de charuto, para transportar a tripulação, a carga e os passageiros, um par de asas, localizado mais ou menos no meio da estrutura, e uma empenagem traseira, formada por um plano horizontal e um leme de direção vertical. Além disso, há um ou mais motores, montados praticamente em qualquer lugar do avião, desde o interior da fuselagem propriamente dita, até as pontas das asas. Nesse tipo de avião, a sustentação se concentra geralmente nas asas; assim, o centro de sustentação destas corresponde, normalmente, ao centro de gravidade do avião.
O formato da asa do avião faz com que o ar que passa em cima dela se movimente mais depressa do que o ar que passa embaixo. Isso ocorre devido às diferentes curvaturas na parte superior e inferior da asa. Acontece que quanto maior a velocidade do ar, menor sua pressão. Por isso a asa do avião sofre pressão do ar maior na parte inferior das asas e menor na parte superior, o que resulta numa força de sustentação. Veja o esquema:


Nesse esquema percebe-se que a aerodinâmica se dá pela ação de quatro forças combinadas no avião: O arrasto, que é a tendência do avião de freiar devido à sua massa, a sustentação, que se dá devido à passagem do ar pelas asas e pelo formato destas, o peso que é a ação da gravidade puxando em direção contrária à sustentação, e a tração, que é o arremesso do avião devido a ação das turbinas ou hélices.
Entendendo a sustentação:

Quando um perfil próprio para a sustentação, como a asa por exemplo, se movimenta no ar, sua forma especial faz com que o ar que passa por cima se movimente mais rápido. Quando o ar se movimenta rapidamente por uma superfície, faz com que a pressão exercida sobre ela, seja menor, desta forma, a pressão do lado oposto irá se impor "empurrando" a superfície. Pode-se testar isto facilmente em casa com o auxílio de uma folha de papel comum.Tome uma folha de papel e segurando-a em frente ao seu rosto de modo que ela fique pendente, simplesmente assopre por cima dela. Você irá reparar que em uma determinada posição da folha, ela irá se erguer, em virtude do que foi dito anteriormente. Se você dispor de um compressor de ar ou um ventilador "generoso", pode fazer esta experiência usando pequenos aerofólios, como asas de aeromodelos ou recortados em isopor. Uma outra forma de experimentar este conceito, é se utilizar de um efeito que está mais presente em nossa vida que imaginamos: Mergulhe em um copo com água, um canudinho (não muito comprido, deixe uns 4cm para fora d'agua). Com um outro canudo, que pode ser uma caneta sem a carga por exemplo, assopre de maneira que o jato atinja o bico do canudo mergulhado, de maneira quase ortogonal. Você irá reparar que se a água não esguichar, vai tentar subir pelo tubo. Compare este efeito com o funcionamento destes objetos: frasco de desodorante (desses de apertar), aerógrafo, carburador.
É importante ter em mente que o avião por sí só não consegue realizar as suas manobras nem decolar ou pousar, se ele não dispor de certos mecanismos específicos para essas funções. Existe um conjunto de dispositivos em cada avião, dos menores aos maiores, que são os dispositivos de comando. Os principais são o manche e os pedais. O manche controla os ailerons, que movem o avião nas laterais, dando-lhe o sentido e a direção, e os pedais controlam o leme profundor, o que vai cabrar ( Subir ) o avião ou picar ( descer ). Os aviões maiores dispôem de outros sistemas como os flapes, os Slats e o Spóiler.
Um dispositivo conhecido como flap (B) foi desenvolvido para modificar uma seção da asa, a fim de que a sustentação possa ser alterada pelo piloto. Quando movimentados para baixo, os flaps aumentam a resistência ao avanço, diminuindo a velocidade do aparelho.Durante o vôo, o avião tem que se mover de três maneiras básicas: num ângulo vertical - para cima e para baixo; num ângulo horizontal - de um lado para outro; e rolando ao redor de um eixo longitudinal. O movimento vertical é controlado pelas superfícies móveis, chamadas elevadores (C). Movendo-se esses elevadores para cima, o avião tem a sua frente levantada, em posição de subida. Baixando-se os elevadores, o efeito é exatamente o oposto.Controla-se o movimento horizontal por meio de uma superfície móvel no estabilizador vertical, conhecido como leme (D). No caso de apenas o leme ser usado, o avião "derrapa" lateralmente, pois não há uma força contrária horizontal que evite o avião de continuar a virar. Movendo-se os ailerons (A), superfícies de controle nas extremidades das asas, o avião pode ser forçado a se inclinar ou rolar para o lado interno da curva, ao mesmo tempo que o leme o faz girar de tal maneira que ele se inclina na direção do centro da curva, como, por exemplo, numa bicicleta.
Nos aviões primitivos, as superfícies de controle - ailerons, elevadores e leme - eram movidas pela ação direta do piloto, através de cabos de controle. Nos aviões modernos as operações se realizam, geralmente, por meio de cilindros hidráulicos, comandados pelo piloto através de servo-mecanismos.
A sustentação produzida pelas asas varia com a velocidade do avião. Quanto mais rápido ele voar, mais sustentação será produzida. Assim, o aparelho tem que ganhar uma velocidade considerável no solo antes de obter sustentação suficiente para decolar. Maiores velocidades implicam em maior resistência do ar (mais dificuldade para o avanço). Por isso os jatos e outros aviões de alta velocidade têm asas mais delgadas, que oferecem pouca resistência.Quando em movimento quatro forças agem sobre o avião: A tração dos motores, o peso da gravidade, a sustentação provocada pelo movimento e o arrasto devido ao atrito com o ar e turbulências.

Textos e imagens selecionados de:

http://www.aerodinamica.hpg.ig.com.br/ ,
http://pt.wikipedia.org/wiki/Aerodin%C3%A2mica ,
http://br.geocities.com/saladefisica7/funciona/aviao.htm

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