Mecânica dos Sólidos - Estática da Partícula - Questão 3.2

Oi Pessoal. Segue uma questão resolvida com o tablet que coloquei no Youtube, para os meus alunos do IESAM, do Curso de Mecânica dos Sólidos.
O processo de solução para as outras questões é o mesmo. Abraços.

Asas, a viscosidade e o vôo do avião

Continuando com a montagem, chegamos até as asas. As asas do modelo são formadas por duas partes cada, uma inferior e outra superior. A imagem abaixo mostra as asas desmontadas, antes da colagem.

A figura a seguir mostra uma das asas coladas. É possível notar o perfil da asa. Este perfil é construído com uma forma que possibilite que o ar, ao passar pela asa, crie pressões diferentes no lado de cima e no lado de baixo da mesma. O objetivo é fazer com que a pressão na parte de cima seja menor do que na parte de baixo. Esta diferença de pressão gera uma força, chamada força de sustentação, que empurra o avião para cima.

A animação abaixo mostra como isso acontece. A figura representa um corte transversal de uma asa, mostrando o perfil da mesma. A velocidade do ar que passa sobre a parte superior da asa é mair do que a que passa pela parte inferior. Quando aplicamos as equações de energia do escoamento do fluido, notamos que maior velocidade do ar, implica em menor pressão do mesmo sobre a asa. Logo, há mais pressão do lado inferior da asa do que do lado superior. Isto a empurra para cima e, junto, o avião. Quanto maior a velocidade, maior também a diferença de pressão. Por isso o avião deve estar em alta velocidade para manter o vôo. Entretanto, uma pergunta importante persiste. Por quê o ar escoa com menor velocidade na parte superior da asa? Vamos procurar saber?

Para que possamos compreender o que acontece exatamente, devemos considerar que:
 a) ao ser inserida na área mostrada na figura, a asa perturba o escoamento ao redor da mesma;
 b) como o ar é um fluido viscoso, ocorre a formação de vórtices devido às tensões de cisalhamento nas camadas de fluido, depois deles passarem pelo aerofólio. Estes vórtices giram no sentido anti horário, e são chamados vórtices iniciais. Para que a conservação do momento angular seja satisfeita, um vórtice de reação é gerado, que gira no sentido inverso, ou seja, horário. Este vórtice é gerado simetricamente ao vórtice inicial e interage com a asa, passando a girar em torno dela. Na figura, através de desenhos, eu procurei explicar o que acontece. Clique nela para ampliar.

Bom, espero ter contribuído um pouco para a compreensão deste fenômeno, aproveitando a montagem do avião. A figura a seguir mostra a asa e as derivas horizontais traseiras já montadas, bem como o ônibus. Já estão ganhando forma, não é?

Continuação da Pintura

Bom, um dia antes, aí estão as imagens da pintura das partes do avião e do ônibus espacial.
As partes ainda nas armações de plástico, com exceção das fuselagens, tanto do avião quanto do ônibus espacial. Pareceu ser a melhor estratégia neste caso. As fotos a seguir mostram o processo.

 

Aproveito para mostrar uma foto sobre curiosidade que eu tinha, que era relacionada a como o ônibus espacial é montado sobre o avião.

Pela figura, notamos uma grande estrutura formada por treliças. O ônibus era içado e, em seguida, o avião era colocado embaixo dele. A montagem então era feita. Parece de brinquedo, não é?
Muito legal para ser analisado pelos estudantes dos cursos de Ciências Exatas e Naturais do IESAM.