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Aerodinâmica


  Aeronáutica e astronáutica

Estudos detalhados sobre a resistÛncia oferecida pelo ar e a estabilidade de veÝculos em movimento sÒo essenciais Ó fabricaþÒo dos autom¾veis modernos, dos avi§es e de todos os meios de transporte que se deslocam a grandes velocidades.
AerodinÔmica Ú o ramo da ciÛncia fÝsica que analisa os movimentos do ar e de outros fluidos gasosos, estudando as forþas estabelecidas entre os corpos m¾veis e as massas de ar que os envolvem.
Trata-se de uma disciplina cientÝfica de enorme importÔncia prßtica no Ômbito das ind·strias militar e de transporte; de fato, seu objetivo essencial Ú a determinaþÒo dos princÝpios que controlam o movimento e a estabilidade de avi§es, barcos e trens de alta velocidade, bem como aqueles aspectos relacionados ao deslocamento de projÚteis e mÝsseis.
AlÚm disso, as leis estabelecidas atravÚs de anßlises aerodinÔmicas sÒo aplicßveis tambÚm na engenharia civil, uma vez que eles regem, entre outras coisas, as forþas de resistÛncia apresentadas por pontes e demais edificaþ§es quando submetidas Ó aþÒo de ventos de grande intensidade.


PrincÝpios te¾ricos e experimentais. Os estudos aerodinÔmicos tÛm como objetivo fundamental a manutenþÒo, nos corpos analisados, do denominado estado de equilÝbrio dinÔmico, no qual as forþas desenvolvidas durante seu movimento devem ser compensadas por aquelas produzidas pelas massas de ar, em cujo interior o corpo se desloca. As leis que regulam essa disciplina utilizam a anßlise matemßtica para descrever as condiþ§es ideais de v¶o ou de deslocamento sobre superfÝcies s¾lidas ou lÝquidas.
Embora o campo de aplicaþÒo da teoria aerodinÔmica englobe especialidades tÒo distintas quanto o tratamento das resistÛncias do ar, a ventilaþÒo de altos-fornos ou o desenho industrial de avi§es, trens e autom¾veis, seu maior interesse estß centrado na descriþÒo das forþas que intervÛm no deslocamento dos corpos no ar.
Essa disciplina teve sua origem nos trabalhos de Galileu Galilei, Christiaan Huygens e Isaac Newton, os quais, por meio de diferentes experiÛncias, estabeleceram o conceito de resistÛncia do ar, determinando, tambÚm, sua magnitude. Esses pesquisadores concluÝram que o valor dessa grandeza Ú proporcional ao quadrado da velocidade do corpo m¾vel, ao quadrado do seno do seu Ôngulo de inclinaþÒo, Ó densidade do ar e Ó seþÒo do objeto perpendicular Ó direþÒo da corrente de ar.
A partir dessa relaþÒo, baseada em princÝpios mecÔnicos, numerosos estudiosos desenvolveram as mais diversas teorias sobre os efeitos da viscosidade do ar e da sustentaþÒo -- forþa perpendicular Ó direþÒo do corpo, que o sustenta em movimento --, entre outros conceitos que formaram o n·cleo dos princÝpios aerodinÔmicos.
Partindo-se do conjunto bßsico de leis gerais, Ú possÝvel obter-se dados, os quais, por sua vez, permitem fabricar maquetes de avi§es e demais veÝculos sobre as quais sÒo realizados os testes que irÒo determinar o desenho final desses equipamentos.
Cientistas como o inglÛs Frederick William Lanchester e Ludwig Prandtl, fÝsico alemÒo considerado o pai da aerodinÔmica moderna, realizaram investigaþ§es que revolucionaram os estudos de estabilidade, sustentaþÒo e equilÝbrio de corpos em v¶o. Seus trabalhos assentaram as bases para a soluþÒo de problemas que foram surgindo Ó medida que a velocidade dos veÝculos em geral, e em particular, dos avi§es, era aumentada.
Fatores como ondas de choque, formadas pela acumulaþÒo de pressÒo ao ultrapassar-se a velocidade do som; as camadas -- limite, nas quais sÒo produzidos deslocamentos de forþas originadas pela viscosidade; ou os fen¶menos tÚrmicos, caracterÝsticos das velocidades elevadas, sÒo algumas das varißveis que devem ser consideradas no estudo aerodinÔmico de aparelhos destinados a superar a velocidade do som.


Meios de ensaio e observaþÒo. Para realizar suas experiÛncias, a maioria dos laborat¾rios destinados a estabelecer os condicionamentos aerodinÔmicos do projeto de meios de transporte, utiliza os denominados t·neis de vento, instalaþ§es nas quais se submete uma maquete do veÝculo que se deseja analisar a correntes de ar forþadas, de velocidade controlada. Existem diferentes tipos de t·neis de vento, classificados em t·neis de circuito aberto ou fechado, e de funcionamento contÝnuo ou com utilizaþÒo de rajadas controladas de ar.
Por outro lado, de acordo com a velocidade que se deseja obter, essas instalaþ§es podem ser classificadas ainda em: subs¶nicas, se as velocidades nela desenvolvidas forem inferiores Ó do som; supers¶nicas, quando estÒo compreendidas entre cinco e dez vezes o valor dessa velocidade; ou hipers¶nicas, se as forþas desenvolvidas em seu interior resultam em velocidades superiores a dez vezes a do som.
Os ensaios realizados nesses t·neis oferecem a possibilidade de calcular a intensidade das  forþas atuantes, mediante a obtenþÒo da resultante de suas trÛs componentes parciais: as denominadas forþas de sustentaþÒo, as de resistÛncia ao deslocamento do veÝculo e aquelas associadas a esforþos laterais.
Da mesma forma, essa anßlise permite otimizar a resistÛncia, o desenho e a posiþÒo de cada elemento da estrutura, pela avaliaþÒo dos esforþos aplicados a esse componente. A esse respeito, cabe ressaltar o interesse na visualizaþÒo das correntes de saÝda do ar, durante o ensaio da maquete no t·nel de vento. As imagens podem ser obtidas diretamente por meio de fotografias do processo, em condiþ§es adequadas de iluminaþÒo, ou mediante a anßlise de diagramas analÝticos. Para tal, recorre-se , freq³entemente ao traþado de curvas sobre um sistema de eixos cartesianos, as quais representam as forþas principais que devem ser analisadas para obter as condiþ§es aerodinÔmicas desejadas.


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