Física: Resistência do Ar

am_res_ar

Sendo o ar um fluido, quando um corpo se movimenta através dele surge uma força que se opõe a esse movimento. Essa força é chamada de força de resistência do ar. Para velocidades não muito elevadas seu valor é obtido por F = k . v, onde a constante k depende da área de contato do corpo com o ar.

Essa força influencia, por exemplo, no desempenho de um veículo. Quanto menor o coeficiente aerodinâmico, medido em um equipamento chamado túnel do vento, menos força será necessária para vencer a resistência do ar, com isso, o carro conseguirá mais desempenho, gastando menos combustível.

A queda no ar e a velocidade terminal

Durante a queda o comportamento da força resultante sobre o corpo em queda é bem relativo. Uma das situações possíveis é a força de resistência do ar se igualar ao valor da força peso. Se isso ocorrer, a resultante das forças sobre o corpo em queda torna-se nula e a queda passa a ocorrer com uma velocidade constante denominada velocidade terminal. Isso ocorre nas situações abaixo: Uma pena, muito leve, tem seu peso facilmente igualado pela resistência do ar. A gota de chuva percorre um longo trajeto em sua queda e já com alguns centímetros de queda tem a velocidade terminal atingida num valor reduzido. O paraquedista, apesar de muito pesado, tem espaço suficiente para atingir uma velocidade terminal de valor elevado mesmo sem abrir o pára-quedas.

am_res_ar2

Pára-quedas

O paraquedista tem várias etapas durante o salto. Ao sair do avião, sua velocidade cresce o que faz a resistência do ar oposta ao peso crescer também. Dessa forma, força resultante e a aceleração reduzem, o que significa uma velocidade crescendo cada vez menos. Quando a resistência do ao equilibra o peso, a velocidade terminal, de valor elevado pois a aceleração durou bastante tempo, é atingida.

am_res_ar_3
Quando o pára-quedas é aberto, a velocidade e a área de contato simultaneamente possuem valores elevados, isso faz durante um curto espaço de tempo a resistência do ar seja muito maior que o peso, freando bruscamente o paraquedista e reduzindo bastante sua velocidade. Essa redução produz uma diminuição da resistência do ar até novamente equilibrar o peso e atingir uma segunda velocidade terminal. Essa reduzida e segura para atingir o solo.

 

Gráfico velocidade x tempo

am_4C25FE6-B697-4A65-8B82-705F67CB0D70

 

O salto de Felix Baumgartner

O paraquedista Felix Baumgartner saltou, em 14/10/2012, de um cápsula presa a um balão a 38,6 quilômetros de altura. A queda livre durou quatro minutos e 20 segundos. Depois disso, ele abriu o paraquedas e pousou em segurança no Centro Aéreo de Roswell, nos Estados Unidos.

 

O que esse salto tem de diferente de um salto convencional? Grande parte do salto de Félix ocorreu com resistência do ar desprezível devido à grande altitude, ou seja, em Movimento de Queda Livre. Observe o gráfico a seguir.

51E8F216-E669-4110-8FE4-F82B158214Eam_res_ar_6

 

Túnel de vento

Um túnel de vento vertical tem turbinas de alta tecnologia na parte superior para sugar o ar da câmara de voo e, em seguida, empurrar o ar de volta para baixo pelas laterais externas da câmara através de Torres de Retorno de Ar (RATs).

O ar é recirculado pelas Torres para a base do túnel (plenum) e volta para a câmara de voo através de um funil de entrada.

O funil de entrada reduz o espaço em que o ar pode fluir, comprimindo-o e acelerando o ar antes que ele reentre na câmara de voo.

Como resultado temos uma coluna suave de ar que permite que você experimente a sensação de voar em queda livre, como tive a oportunidade de experimentar.

O professor Alex no túnel!

O professor Alex no túnel!

A velocidade da circulação de ar é regulada de acordo com o peso da pessoa, possibilitando uma resistência do ar que o equilibre.

am_res_ar214C003D-6D8D-436E-AA7F-804A7D80BD8C

A estabilização vertical se dá por equilíbrio de forças, já a estabilização horizontal é definida por braços e pernas que atuam como “lemes”. Nesse caso a ação do pessoal de apoio é bem útil. Confira o Alex em ação no iFLY no vídeo!

 

<< Voltar para o Blog