A Aerodinâmica é o estudo das forças que atuam sobre um objeto em movimento no ar que o evolve. As forças aerodinâmicas agem sobre aeronaves, barcos à vela, automóveis ou qualquer outro objeto que se desloque no ar. Cientistas e engenheiros estudam as forças aerodinâmicas porque estas afetam o movimento dos objetos. Os engenheiros ultilizam princípios da aerodinâmica ao projetar aviões e outros objetos afetados por estas forças.
O estudo da aerodinâmica foi condição necessária para a contrução dos primeiros aviões. hoje em dia a indústria aeronáutica usa os princípios aerodinâmicos ao projetar qualquer tipo de avião. Estes princípios também se aplicam à força do ar que passa por edifícios e pontes. em consequencia, os arquitetos têm de basear-se na aerodinâmica para certificar-se se um arranha-céu poderá suportar a força do vento.
Da mesma forma, a aerodinâmica ajuda os desenhistas a melhorarem o desempenho dos automóveis.
Por extenção os engenheiros ultilizam estes princípios ao lidarem com as forças que atuam sobre objetos postos em fluídos que não sejam o ar. É o caso dos engenheiros que fazerm projetos de submarinos, carburadores de automóveis e turbinas. A aerodinâmica é parte de um ramo da engenharia que estuda a dinâmica dos fluídos.
Algumas espécies de vôo não envolvem aerodinâmica. Um ônibus espacial que se desloca acima da atmosfera não envolve aerodinâmica porque ali não há ar, consequentemente não há forças aerodinâmicas.
A maioria dos princípios da aerodinâmica estão ligados às duas forças aerodinâmicas básicas –sustentação e arrasto.
Sustentação é uma força aerodinâmica produzida pelo movimento de um aerofólio através do ar. A sustentação dá a um aeroplano a capacidade de subir no ar e aí se manter durante o vôo. Um aerofólio que se move no ar produz a sustentação porque exerce em sua superfície inferior uma pressão maior do que na superfície superior. Um aerofólio cria essa diferença de pressão por causa de sua forma especial, chamada curvatura, e da deflexão do ar. A quantidade de sustentação produzida por uma asa depende em parte de seu angulo de ataque e de seus dispositivos de alta sustentação.
Curvatura: A maioria dos aerofólios têm uma superfície superior curvada, e uma superfície inferior plana ou menos curva. Diríamos que sua forma é arqueada ou abaulada. O ar que passa sobre a parte superior de uma asa arqueada tem de percorrer um caminho maior que o ar que flui por baixo dela. Pelo fato de o ar que passa por cima deslocar-se, no mesmo tempo, mais que o ar debaixo, o ar de cima tem de fluir mais depressa. Segundo um princípio descoberto pelo matemático Daniel Bernoulli, a pressão de um fluido diminui na razão do aumento de sua velocidade. Assim sendo, a pressão do ar acima de uma asa arqueada é menor que a pressão abaixo dela. O resultado é a força de sustentação que impele a asa para cima.
Deflexão: Um aerofólio também pode produzir sustentação pela deflexão do ar. Ela deflete o ar quando o encontra em angulo. A terceira lei do movimento, descoberta por Isaac Newton, diz como uma asa produz a sustentação dessa maneira. Diz essa lei que a toda ação corresponde uma reação igual e em sentido contrário. Portanto, se um aerofólio deflete o ar para baixo, a reação a esse movimento força a asa para cima—e produz sustentação. As asas da maioria dos aviões usam tanto a curvatura como a deflexão para produzir sustentação. Alguns aviões, especialmente os jatos militares, não tem asas arqueadas. Suas asas são de forma plana especial, destinada a voar melhor em altas velocidades. Nesses aviões, toda a sustentação é produzida pela deflexão do ar. Até no vôo do dorso, um aeroplano de asas arqueadas pode defletir suficientemente o ar para produzir sustentação, desde que suas asas e encontrem com o ar em angulo conveniente.
Ângulo de Ataque é o angulo que uma asa forma com o ar que passa ao longo dela. Um piloto pode mudar esse angulo ao alterar a atitude do avião. Até certo ponto, o aumento do angulo de ataque acresce a força de sustentação produzida pela asa. Um aumento da sustentação significa que o aeroplano pode subir mais rapidamente ou voar com menor velocidade. O angulo de ataque desempenha importante papel na segurança de vôo. O ar não pode fluir suavemente ao longo da asa quando o angulo se torna demasiado agudo. Ao contrário, neste caso, a corrente de ar se divide em pequenos redemoinhos no topo da asa. Os redemoinho cortam bruscamente a sustentação e provocam uma queda no avião. A esse fenômeno dá-se o nome de estol. O avião pode cair, a menos que esse reduza prontamente o angulo de ataque. Os aeroplanos voam em um angulo que vai de 3 ou 4 graus até 15 graus. Se o angulo passar acima de 15 ou 20 graus, o aeroplano entrará em estol.
Dispositivos de Alta Sustentação: A sustentação produzida por um aerofólio depende da velocidade com que a asa corta o ar. Se a asa não se desloca com suficiente rapidez, a diferença de pressão acima e abaixo não produzirá sustentação bastante para manter o avião no ar. Entretanto, durante os pousos e decolagens os pilotos querem voar com a menor velocidade possível. Os aviões dispõem de partes chamadas dispositivos de alta sustentação que lhes provêm suficiente sustentação para voarem em velocidades mínimas. Esses dispositivos incluem o flape, o aleta e o eslote.
· Flape é uma seção articulada na parte posterior de cada asa. Durante o vôo normal, ajusta-se à asa sem ressalto. O piloto baixa os flapes para o pouso às vezes para a decolagem. Quando abaixados, os flapes aumentam o arqueamento da asa, o que fornece um reforço de sustentação. Os flapes também ajudam a retardar o avião durante a operação de pouso.
· Aleta é uma seção articulada perto da borda anterior de cada asa. Quando um avião diminui sua velocidade, as aletas se movem automaticamente para diante, com o fim de aumentar a curvatura da asa e a sua força de sustentação.
· Eslote é uma abertura na borda anterior da asa. Ajuda o ar a fluir suavemente sobre a parte superior da asa, de modo que o avião possa voar com um grande angulo de ataque sem entrar em estol. O angulo maior aumenta a sustentação.
Arrasto é uma força aerodinâmica que opõe resistência ao movimento de um objeto para diante. A forma do objeto aumenta a forca de arrasto. Aos objetos fabricados com formas destinadas a produzir o mínimo possível de arrasto damos o nome de aerodinâmicos. Os projetistas da indústria aeronáutica desenham os aviões de modo a reduzir ao mínimo o arrasto. Os aviões construídos segundo esses princípios precisam de motores menos potentes para voar, e a redução do arrasto também melhora o desempenho do avião. Os automóveis, trens. Caminhões e outros veículos estão sujeitos ao arrasto.
Dois tipos de arrasto—arrasto de atrito e arrasto de forma agem sobre todos objetos em movimento. Um terceiro tipo, arrasto induzido, só afeta aviões. Existe ainda outra espécie de arrasto, que resulta quando um avião voa em velocidade superior à do som.
Arrasto de Atrito é o que ocorre junto à superfície de um objeto. É produzido numa fina camada de ar, chamada camada limite. O atrito resulta do deslizamento de uma camada de fluido sobre outra camada. As moléculas de ar da camada limite movem-se em: Vias regulares paralelas à superfície, ou vias irregulares. Os engenheiros dão ao movimento regular o nome de fluxo laminar, e ao movimento irregular, o de fluxo turbulento. Um fluxo turbulento aumenta o arrasto de atrito.
A camada limite é laminar na parte anterior de um objeto. O fluxo do ar torna-se turbulento em certo ponto do trajeto do ar ao longo do objeto. Os que desenham projetos de aviões procuram retardar o mais possível essa passagem do fluxo laminar ao turbulento, para reduzir ao mínimo o arrasto de atrito. Uma forma de fazê-lo é tornar a superfície do objeto o mais lisa possível.
Arrasto de Forma é o que se observa quando o ar passa ao longo de um objeto e em certo ponto se afasta dele. Este tipo de arrasto produz turbilhões de ar que subtraem energia ao objeto e retardam seu movimento. O arrasto de forma ocorre com objetos que não sejam aerodinâmicos. Por exemplo, um motorista que venha seguindo uµ grande caminhão em alta velocidade pode sentir seu carro sacudido pelos turbilhões formados na retaguarda do caminhão não aerodinâmico.
Os engenheiros reduzem o arrasto de forma tornando o objeto aerodinâmico. Eles também colocam geradores de vórtices nas asas dos aviões. Estes dispositivos são pequenos aerofólios fixados em longas fileiras no topo de uma asa principal. Os geradores de vórtices produzem na camada limite pequenos redemoinhos, para evitar que o ar se afaste da asa.
Arrasto Induzido: A diferença de pressão acima e abaixo de um aerofólio cria no ar uma tendência a fluir em direções opostas longas das asas, segundo o comprimento destas. O ar da face interior das asas tende a fluir para dentro. Os engenheiros aeronáuticos chamam a esse movimento de corrente de envergadura. Ele provoca a formação de um vórtice (turbilhão de ar) detrás da ponta de cada asa. O ar que redemoinha no vórtice tende a puxar o avião para trás. Os projetistas de aeronaves diminuem o arrasto induzindo dotando os aviões de asas compridas e estreitas. Podem igualmente colocar tiras de metal na superfície superior das asas para evitar a corrente de envergadura.
Linhas Aerodinâmicas: Dá-se o nome às linhas com que se desenha um corpo ou à sua conformação, para que encontre um mínimo de resistência ao se deslocar através de um fluido. A melhor forma aerodinâmica para um corpo depende de sua velocidade através do fluido. Se for menor que a do som, convém que seja mais arredondado na frente e que se vá afilando para trás. É a forma que observamos nos submarinos e nos aviões subsônicos. Na natureza, os peixes em geral têm esse tipo de conformação. Para a velocidade superior à do som, o corpo deve ter a parte dianteira pontuda. É o caso dos aviões supersônicos e dos foguetes.
Os efeitos da linha aerodinâmica podem ser medidos em um túnel aerodinâmico. Afora as linhas aerodinâmicas, três outros fatores afetam o arrasto: a densidade do fluido, a proporção da área do corpo que entra em contato com o fluido e a velocidade do corpo através do fluido. A força de arrasto dobra se dobrar a densidade do fluido ou a área do corpo que entra em contato com o fluido. Quando dobra a velocidade do corpo, a força de arrasto é multiplicada por quatro.
Os animais são divididos por predadores e presas. Cada um deles tem um tipo de aerodinâmica própria para seu estilo de vida. Neste trabalho vamos abordar sobre a aerodinâmica nas aves e mamíferos.
Uma ave, para voar, usa os mesmos princípios aerodinâmicos que o avião. No entanto, certas aves voam muito melhor que outras. Uma ave é capaz de voar principalmente porque a pressão do ar acima de suas asas é menor que a pressão debaixo delas. Quando as asas da ave se movem para frente, o ar tem que percorrer a superfície convexa do topo da asa com rapidez maior do que a nescessária para percorrer a concavidade inferior da mesma. A pressão no topo da asa é menor do que a pressão embaixo dela por causa dessa diferença na velocidade do ar.
Filmagens do vôo das aves em câmera lenta demonstram que as asas se movem para baixo rapidamente. As pontas das asas descrevem um oito ao se moverm no ar.O batimento das asas para baixo desloca a ave para frente.A disposição das penas das asas é muito parecida com a das telhas de um teto.As penas mudam de posição quando a ave voa.Quando as asas baixam, as penas as penas se comprimem cerradamente para que o ar não possa passar entre elas. Na batida para o alto, as penas abrem-se. A ave usa as penas da cauda como leme e como freio.
Quando uma ave voa, tem de ter sentidos apurados e perfeito controle dos músculos para não se chocar contra outros objetos. Os pardais podem voar em alta velocidade diretamente ao ninho através de pequenos orifícios em um celeiro. Os gaviões caçam aves e outros animais em meio a um emaranhado de galhos.Para voar tão agilmente, uma ave tem de ser capaz de mudar de direção instantâneamente.Patos, gansos e pombos voando em bandos fazem evoluções em conjunto como se fossem guiados por um chefe. A excelente visão, devido à sua formação permite a cada ave mudar de direção quando sua vizinha o faz.
Os beja-flores e os peneireiros(pequenos falcões europeus)são os helicópteros do mundo das aves. Batem as asas tão rapidamente que podem pairar no ar sem se deslocar em qualquer direção. Quanto maior o peso de uma ave em relação à envergadura de suas asas, mais rapidamente terá de bater suas asas. As asas do beija-flor batem 60 a 70 vezes por segundo. O beija flor é a única ave que pode voar para trás.
As gaivotas desdobram as asas ao posar. As asas largamente abertas, como um pára quedas, permitem à gaivota pousar lenta e suavemente. Ela usa o rabo para equilibrar-se no vôo. A cauda funciona como os lemes de direção e profundidade de um avião.
As aves planadoras, como os condores, têm penas que se desdobram nas pontas das asas e que são chamadas balancins. Os balancins são como os airelões do avião,dispositivos que ajudam a controlar os movimentos de inclinação lateral do avião.
Os faisões têm asas largas e curtas, como a dos aeroplanos dos porta aviões,As asas com essa formação tornam possível uma subida a prumo e uma decolagem rápida.
As aves de rapina são as aves predadoras mais conhecidas de todos.
Por serem aves caçadoras elas precisam de uma aerodinâmica própria:
· Cabeça em forma de “V”.
· Asas grandes e também em formas de “V”.
· Corpo compacto.
· Cauda bastante flexível em todos os sentidos para orientação
e também frenagem.
· Para “parar” a ave em pleno vôo para capturar presas
voadoras como aves menores e insetos maiores.
As aves menores são de corpo relativamente maior e cauda mais fina para manobras mais rápidas para escapadas. Seu bico é mais fino e longo mas não de tanta força como os das aves de rapina.
Os pássaros quando fazem grandes percursos usam uma formação
que tem forma de V. Isto faz com que se diminua a resistência do ar,
e deixando as aves menos cansadas. O pássaro que vai "cortando"
o ar é o que mais se cansa, por isso eles fazem um rodízio.
De tempo em tempo o ultimo pássaro da formação vai para
a frente e o da frente fica por último, onde a resistência do
ar é menor.
2.Mamíferos:
Os mamíferos predadores mais conhecidos são os felinos. Velozes e ágeis usam de sua aerodinâmica privilegiada para capturar todo tipo de presas.Os seus focinhos são, em relação ao corpo, finos, sua cabeça é chata. Na hora da perseguição os felinos põe na mesma posição coluna-pescoço-cabeça onde diminui-se a resistência do ar.
A chita e a gazela são um dos animais mamíferos mais velozas do mundo. dos mais rápidos. A gazela possui um equilíbrio quase perfeito na sua aerodinâmica. Seu focinho fino em “V”, seus cornos inclinados, seu corpo compacto, suas pernas esguias e compridas dão a elas um forte aliado para correr muito rápido. A chita alcança a velocidade incrível de 110Km\h com a ajuda de seu corpo longo e fino, suas pernas longas e fortes sua cara pequena e sua coluna de “borracha”. Na hora da caçada a chita alinha perfeitamente seu corpo em linha reta que parece fazer o vento ir em seu favor dando a impressão de voar, porem só consegue manter sua alta velocidade por alguns instantes que é uma desvantagem. Ao contrário a gazela mantém seus 70Km\h por mais tempo.
Esses são exemplos de animais que se é mais fácil de se perceber sua aerodinâmica. O homem muitas vezes se baseia nestes exemplos para auxilia-los para obter melhor aerodinâmica em seus projetos.
Fonte: www.expoente.com.br