Aerodinâmica

Aerodinâmica, ramo da física que lida com o movimento do ar e de outros fluidos gasosos e com as forças que actuam sobre os corpos que passam por um fluido deste tipo. A aerodinâmica procura, em particular, explicar os princípios que regem o voo de aeronaves, foguetes e mísseis. Preocupa-se também com a concepção de automóveis, comboios de alta velocidade, e navios, bem como com a construção de estruturas tais como pontes e edifícios altos para determinar a sua resistência a ventos fortes.

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Observações do voo de pássaros e projécteis agitaram a especulação entre os antigos quanto às forças envolvidas e à forma da sua interacção. No entanto, não tinham um conhecimento real das propriedades físicas do ar, nem tentavam um estudo sistemático dessas propriedades. A maioria das suas ideias reflectia a crença de que o ar fornecia uma força sustentadora ou impulsionadora. Estas noções baseavam-se, em grande medida, nos princípios da hidrostática (o estudo das pressões dos líquidos) tal como eram então compreendidas. Assim, em tempos iniciais, pensava-se que a força motriz de um projéctil estava associada a forças exercidas na base pelo fecho do fluxo de ar em redor do corpo. Esta concepção do ar como um meio auxiliar em vez de uma força de resistência persistiu durante séculos, embora no século XVI se reconhecesse que a energia de movimento de um projéctil lhe era transmitida pelo dispositivo catapultante.

No final do século XV, Leonardo da Vinci observou que o ar oferecia resistência ao movimento de um objecto sólido e atribuiu essa resistência a efeitos de compressibilidade. Mais tarde, Galileo estabeleceu experimentalmente o facto da resistência do ar e chegou à conclusão de que a resistência era proporcional à velocidade do objecto que o atravessava. No final do século XVII, Christiaan Huygens e Sir Isaac Newton determinaram que a resistência do ar ao movimento de um corpo era proporcional ao quadrado da velocidade.

O trabalho de Newton ao estabelecer as leis da mecânica marcou o início das teorias clássicas da aerodinâmica. Considerava a pressão que actuava sobre uma placa inclinada como decorrente do impacto de partículas no lado da placa que enfrenta a corrente de ar. A sua formulação produziu o resultado de que a pressão agindo sobre a placa era proporcional ao produto da densidade do ar, a área da placa, o quadrado da velocidade, e o quadrado do seno do ângulo de inclinação. Isto não teve em conta os efeitos do fluxo na superfície superior da placa onde existem baixas pressões e a partir das quais se produz uma parte importante da elevação de uma asa. A ideia de ar como um continuum com um campo de pressão que se estende ao longo de grandes distâncias da placa deveria vir muito mais tarde.

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Várias descobertas foram feitas durante os séculos XVIII e XIX que contribuíram para uma melhor compreensão dos factores que influenciam o movimento de corpos sólidos através do ar. A relação de resistência às propriedades viscosas de um fluido, por exemplo, foi percebida em parte pelo início do século XIX, e as experiências do físico britânico Osborne Reynolds na década de 1880 trouxeram uma visão mais clara do significado dos efeitos viscosos.

A aerodinâmica moderna surgiu na altura em que os irmãos Wright fizeram o seu primeiro voo motorizado (1903). Vários anos após o seu esforço histórico, Frederick W. Lanchester, um engenheiro britânico, propôs uma teoria de circulação de um aerofólio de vão infinito e uma teoria de vórtice do elevador de uma asa de vão finito. O físico alemão Ludwig Prandtl, geralmente considerado o pai da aerodinâmica moderna, chegou independentemente às mesmas hipóteses que Lanchester e desenvolveu o tratamento matemático. O trabalho de Prandtl, refinado e expandido por investigadores subsequentes, formou a base teórica do campo. Entre outros que desempenharam um papel proeminente no desenvolvimento da aerodinâmica moderna foi o engenheiro Theodore von Kármán, nascido na Hungria, cujas contribuições conduziram a grandes avanços em áreas como a teoria da turbulência e o voo supersónico.

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