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Dica do Michelangelo

Uma "força" pode ser pensada como um empurrão ou um puxão num sentido específico. A imagem de cima mostra as forças que agem num avião em pleno vôo.

Peso

O peso é uma força que é sempre dirigida para o centro da terra: trata-se da força da gravidade. A magnitude desta força depende de todas as partes do avião, mais a quantidade de combustível, mais toda a carga (pessoas, bagagens, etc.). O peso é gerado por todo o avião. Mas nós podemos simplesmente imaginá-la como se actuasse num único ponto, chamado centro de gravidade. Em vôo, o avião gira sobre o centro de gravidade, e o sentido da força do peso dirige-se sempre para o centro da terra. Durante um vôo, o peso do avião muda constantemente à medida que o avião consome combustível. A distribuição do peso e do centro de gravidade pode também mudar, e por isso o piloto deve constantemente ajustar os controles, ou transferir o combustível entre os depósitos, para manter o avião equilibrado.

Sustentação

Para fazer um avião voar, deve ser gerada uma força para compensar o peso. Esta força é chamada sustentação e é gerada pelo movimento do avião através do ar. A sustentação é uma força aerodinâmica ("aero" significa ar, e " dinâmica" significa movimento). A sustentação é perpendicular (em ângulo recto) ao sentido do vôo. Tal como acontece com o peso, cada parte do avião contribui para uma única força de sustentação. Mas a maior parte da sustentação do avião é gerada pelas asas. A sustentação do avião funciona como se actuasse num único ponto, chamado centro de pressão. O centro de pressão é definido tal como o centro de gravidade, mas usando a distribuição da pressão em torno de toda a aeronave, em lugar da distribuição do peso.

Arrasto

À medida que o avião se move através do ar, há uma outra força aerodinâmica presente. O ar resiste ao movimento do avião, e esta força de resistência é denominada arrasto. Tal como a sustentação, há muitos factores que afectam a magnitude da força de arrasto, incluindo:

·         a forma do avião

·         a " viscosidade " do ar

·         a velocidade

E tal como acontece com a sustentação, considera-se usualmente todos os componentes individuais como se estivessem agregados num único valor de arrasto de todo o avião. O sentido da força de arrasto é sempre oposto ao sentido do vôo, e o arrasto actua através do centro de pressão.

Quando um avião aumenta o ângulo de ataque, aumenta também a sustentação; mas aumenta igualmente o arrasto. Um avião que vá aumentando gradualmente o ângulo de ataque acaba por atingir um ponto em que a sustentação não consegue contrariar o efeito resultante das outras forças e entra em perda. É por este facto que, na fase de descolagem de um aeromodelo, não se deve fazê-lo subir em ângulo muito acentuado.

Impulso

Para superar o arrasto, a maioria de aviões tem algum tipo de propulsão para gerar uma força chamada impulso. O valor do impulso depende de muitos factores associados com o sistema de propulsão:

·         o tipo de motor

·         o número de motores

·         o ajuste da aceleração

·         a velocidade

O sentido da força de impulso depende de como os motores estão colocados no avião. Na figura mostrada acima, dois motores a jacto estão posicionados sob as asas, paralelos à fuselagem, com a força actuando ao longo da linha central da aeronave. Em alguns aviões (tal como o Harrier) o sentido do impulso pode ser orientado para ajudar o avião a descolar numa distância muito curta. Para os motores de jacto, pode parecer confuso considerar que a pressão do avião é uma reacção ao gás quente que se escapa da turbina. O gás quente é expelido pela parte traseira, originando uma força de reacção em sentido contrário: o impulso. Esta acção-reacção é explicada pela terceira lei do movimento formulada por Newton.

Os motores mais conhecidos são os motores de explosão e os motores a jacto. Mas também se utilizam motores eléctricos e motores de foguete. Os motores eléctricos e de explosão actuam usualmente por intermédio de hélices. Os motores a jacto e de foguete actuam pela força da reacção.

Um planador é um tipo especial de avião que não tem nenhum motor. Alguma fonte externa da potência tem que ser aplicada para iniciar o movimento. Os aviões de papel são um exemplo óbvio, mas há muitos outros tipos de planadores. Alguns planadores são pilotados e rebocados para o alto por um outro avião, e a seguir são deixados livres para deslizar em distâncias longas antes de aterrar. Uma vez no alto, a energia cinética é responsável pelo impulso, mas ela vai-se perdendo à medida que o planador perde altitude. No entanto os planadores recorrem também a uma outra fonte de energia disponibilizada pela natureza: as correntes de ar ascendente

Durante a reentrada e a aterragem, o Vai-Vem Espacial (Space Shuttle) funciona como um planador; os motores de foguete são usados apenas para levar o Vai-Vem para o espaço.

O movimento do avião através do ar depende da intensidade e do sentido relativos das forças referidas acima. Se as forças estiverem equilibradas, o avião desloca-se a uma velocidade constante. Se as forças estiverem desequilibradas, o avião acelera no sentido da força maior.

Um avião parado no ar não gera impulso, nem arrasto, nem sustentação, e por isso "cai como uma pedra", movido pela única força que resta: o peso. Só a partir de uma certa velocidade é que a sustentação gerada é suficiente para contrariar o peso. Essa velocidade denomina-se velocidade de perda, pois abaixo dela o peso supera a sustentação e o avião "entra em perda" e cai. A velocidade de perda varia de avião para avião, sendo mais baixa para aviões do tipo "Piper Cub" e mais alta para aeronaves do tipo dos modernos "caças" a jacto.

A velocidade de perda pode ser diminuída com a extensão dos "flaps", cujo efeito é modificarem o perfil das asas e consequentemente aumentarem a sustentação. Com uma maior sustentação gerada pelas asas o avião pode, por exemplo, aterrar a uma velocidade mais baixa. No entanto a utilização dos flaps também faz aumentar o arrasto pelo que, com o mesmo impulso, o avião avança mais devagar. É por esta razão que os aviões equipados com flaps os utilizam para descolar e aterrar, mas recolhem-nos para o voo de cruzeiro.

A velocidade que interessa para a sustentação é a velocidade relativa ao ar e não a relativa ao solo. Quando existe vento (ou seja, deslocação do ar num determinado sentido) e o avião se movimenta em sentido contrário (contra o vento) a "velocidade relativa ao ar" resulta da soma da "velocidade relativa ao solo" com a velocidade do vento. Quando o avião se desloca no mesmo sentido do vento, a "velocidade relativa ao ar" resulta de se subtrair a velocidade do vento à "velocidade relativa ao solo" . É por esta razão que os aviões, sempre que possível, descolam e aterram contra o vento: a sua velocidade relativa ao ar é sempre maior do que a velocidade relativa ao solo.

Este aspecto deve ser tido em conta pelo aeromodelista: quando o seu modelo voa contra o vento, a velocidade que gera sustentação é sempre maior do que aparenta à sua percepção. Pelo contrário, quando o modelo voa com vento pelas costas, a velocidade que gera sustentação é sempre menor do que aparenta: empurrado pelo vento, o modelo parece deslocar-se a grande velocidade e no entanto pode cair por falta de sustentação.

Quando um avião vem a fazer uma aterragem contra o vento e o vento diminui ou pára subitamente, o avião pode perder sustentação ao ponto de cair. Recorde-se que a velocidade que gera sustentação depende também da velocidade do vento. Por vezes os aeromodelistas estranham que o seu modelo, que vinha a aterrar tão suavemente, rodopie sobre uma asa e caia: trata-se de uma notória perda de sustentação, e não do efeito de uma "rajada" como por vezes se pensa. Para contrariar esta hipótese deve-se aterrar (e descolar) sempre com um pouco mais de velocidade do que seria estritamente necessário.

Hobby Esportes: Divulgação do aeromodelismo e lealdade com o desportista

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