APLICAÇÃO DE VETORES

1. INTRODUÇÃO
   

A física é uma das ciências mais importantes, ela é a base de toda a engenharia e tecnologia. Nenhum engenheiro pode projetar nada sem antes entender os princípios básicos da física. Neste trabalho apresentaremos como aplicação em nossas vidas o uso dos vetores.

Algumas grandezas físicas podem ser descritas por um único número com uma unidade, porem outras grandezas importantes possuem uma direção associada com elas e não podem ser descritas por um único número, elas são denominadas grandezas vetoriais que são descritas por um módulo que indica a quantidade ou tamanho do vetor, juntamente com uma direção e um sentido no espaço. Explicaremos como e quais as forças vetoriais atuam para se colocar um avião no ar.

2. DESENVOLVIMENTO

 O principal obstáculo nas primeiras tentativas para colocar um avião no ar era o seu peso, uma força causada pela gravidade, mas com alguns diferentes formatos na aerodinâmica dos corpos. Nos estudos e pesquisas feitos pelos cientistas das várias épocas, verificou-se que o ar, fluído que será responsável para sustentar uma aeronave em vôo é composto de alguns elementos, entre eles, nitrogênio, oxigênio e água, com isto podendo sofrer alterações em grandezas como a densidade, temperatura e pressão. Estas mudanças na atmosfera estão relacionadas entre as diferenças de temperatura e pressão entre as várias massas de ar que circulam, originando deslocamentos das camadas, dando início aos ventos, que poderão ser úteis ou desfavoráveis ao vôo. 

As grandezas vetoriais e escalares estão presentes neste assunto, sendo as forças, todas vetoriais, incluindo as velocidades, pressões e acelerações, já as escalares, compostas da massa, das temperaturas e densidades. Quando um avião tem o vento a seu favor, temos uma soma vetorial, ou vice-versa, com isto, os vetores são amplamente utilizados, originando todo tipo de resultantes, sejam elas verticais, como peso e sustentação, que será vista posteriormente no item das forças, ou horizontais, como a tração e a resistência do ar, quando o avião está em vôo com velocidade constante, a soma de todas as suas forças é nula. O empuxo, visto em hidrostática, também é bem utilizado, porém tendo como fluído, o ar, pois o deslocamento de ar para trás irá causar uma força para frente. A temperatura é uma grandeza escalar muito importante, sendo muito variável, sabemos que quanto mais alto estivermos em relação ao nível do mar, menor será seu valor, o mesmo acontece com a densidade do ar, pois quanto maior a altitude, ficará mais rarefeito alterando nas forças relacionadas no vôo, pois altera diretamente a resistência do ar, quanto ao avanço de um corpo. Existem quatro forças básicas presentes no voo: sustentação, arrasto, tração, peso.

SUSTENTAÇÃO: 

Quando um avião se desloca pelo ar, ocorre um fenômeno na sua asa que irá produzir uma força para cima, sentido inverso ao peso. O perfil da asa ou aerofólio tem comprimentos diferentes na parte superior (extradorso) e na parte inferior (intradorso) devido ao seu formato, possibilitando que duas partículas de ar percorrendo tais comprimentos ao mesmo tempo, conseqüentemente tenham velocidades diferentes. A física explica que o aumento da velocidade de um fluído pelas paredes de um tubo, provoca um aumento da pressão dinâmica (ar em movimento) e uma diminuição da pressão estática (ar em repouso), originando uma força. Então, tal diferença de pressões estáticas será a responsável por criar uma força perpendicular a superfície da asa, chamada de resultante aerodinâmica, agindo no chamado centro de pressão, tendo como sua componente vertical, a força de sustentação. A figura abaixo nos mostra o deslocamento das partículas de ar, partindo do bordo de ataque (frente do perfil) e chegando ao mesmo no bordo de fuga (traseira do perfil) resultando no aparecimento de uma força que compensará o peso da aeronave.

ARRASTO: 

O arrasto é uma força aerodinâmica devido a resistência do ar, que se opõe ao avanço de um corpo. Essa força depende de alguns fatores como a forma do corpo, a sua rugosidade e o efeito induzido resultante da diferença de pressão entre a parte inferior e superior da asa.

A tração é uma força responsável por impulsionar a aeronave para frente, sendo originada de algum tipo de motor. Normalmente, nos dias de hoje a aviação está servida de motores convencionais, a quatro tempos e motores convencionais, a quatro tempos e motores convencionais, a quatro tempos e motores convencionais, a quatro tempos e motores convencionais, a quatro tempos e motores convencionais, a quatro tempos e motores convencionais, a quatro tempos e motores convencionais, a quatro tempos e motores a reação, utilizando-se de turbo-jatos e turbo-fan. 

PESO: 

O peso está relacionado com a força da gravidade, a qual atrai todos os corpos que estão no campo gravitacional terrestre. Não existe nenhuma forma de alterar esta força, então é preciso cada vez mais aperfeiçoar as aeronaves, para sempre respeitar as leis da natureza. 

O peso é um fator muito importante nas operações de pouso e decolagem, pois um avião muito pesado irá precisar de maior comprimento de pista para decolar, para conseguir velocidade suficiente visando a sustentação para anular o peso, sendo assim, aviões maiores são impedidos de operar em certos aeroportos. O mesmo acontece na aterrisagem, pois deve-se respeitar a lei da inércia. 

 

TRAÇÃO:

 É a força que permite que o avião se desloque e atinja velocidade suficiente para a aeronave criar sustentação, essa força é criada pelo motor da aeronave. Nos aviões a hélice ela é criada pela própria hélice e nos aviões a jato pela turbina.

Segue abaixo uma ilustração sobre tais forças.

Figura 1. Forças que atuam na aeronave 

www.manualdopiloto.blogspot.com.br  (Adaptado)

3. CONCLUSÃO

 

Observa-se com este estudo dos vetores e da sua aplicação no voo de uma aeronave como é importante o estudo da física para um avião voar.

Através dos vetores vemos quais as forças se anulam entre si, e qual o ângulo formado para assim dizer qual a direção e o sentido que o avião deve voar.

No nosso estudo indica que, na descida, a sustentação é menor do que o peso do avião, como se pode supor à primeira vista, já que a força da gravidade deve ser a responsável pela “queda” do avião [2]. Curiosamente, o mesmo acontece na subida. Para qualquer ângulo de ataque, a sustentação é menor do que o peso como mostram. Este resultado deve surpreender muitos que, em geral, têm a ideia preconcebida de que para que um avião suba, a força de sustentação deve exceder o peso do avião.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

 

Young, Hugh D. Fisica I,Sears e Zemansky – Ed 14 – São Paulo : Person Education do Brasil 2016

www.ime.unicamp.br – Acessado em Novembro de 2016

www.ebah.com.br -   Acessado em Novembro de 2016

www.manualdopiloto.blogspot.com.br -  Acessado em Novembro de 2016