Acontece no próximo dia 25 de novembro, no IFGW - Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp, a 17^a oficina de Física César Lattes.

O tema desta vez será a Física Nuclear. O evento,a berto a todos interessados mas focado na capacitação de professores do ensino médio, terá a seguinte programação:

Eu, que já participei de várias oficinas dentre as outras 16 versões, ratifico que vale a pena! E farei o possível para estar nesta também.

Para maiores informações e inscrições on line, clique aqui.

• [19/04/2005]  Um Absoluto Show de Relatividade
• [08/04/2005]  100 Anos de Relatividade
• [23/11/2004]  Oficina de Física Moderna
• [13/09/2004]  Mais Uma Oficina no IFGW - Unicamp

Complementando o post anterior, vamos calcular a velocidade de decolagem do 14 Bis supondo que para ele seja válido o Princípio de Bernoulli^(*). Para tanto, usaremos os seguintes valores aproximados:

• Massa total do 14 Bis: m_avião = 300 kg (avião + Santos Dumont)
• Constante aerodinâmica: K = 30 m²
• Densidade do ar: d_ar = 1 kg/m³
• Gravidade local: g = 10 m/s²

A Força de Sustentação F_S pode ser calculada pela expressão apresentada no post anterior:

O 14 Bis ou qualquer avião começa a decolar quando a Força de Sustentação F_S supera a força Peso P, ou seja, F_S > P (veja figura abaixo).

Desenvolvendo a idéia F_S > P teremos: 

onde V é a velocidade em que F_S = P, ou seja, a Força de Sustentação consegue anular a força Peso.

Substituindo os valores de m_avião, K, d_ar e g dados na expressão da velocidade V (acima) teremos:

Conclusão: Com velocidade de 10 m/s, ou seja, 10 x 3,6 = 36 km/h, o 14 Bis já tinha sustentação para anular o peso. Para decolar precisava atingir velocidade superior a 36 km/h.

• Site oficial do Centenário do 14 Bis (Governo Federal Brasileiro)
• Conexão Wright-Santos-Dumont - A Verdadeira História da Invenção do Avião (livro do jornalista Salvador Nogueira)
• Réplica do 14 Bis para imprimir, recortar e montar (em PDF, com instruções)

• [23/10/2006]  100 Anos do Histórico Vôo do Mais Denso que o Ar
• [19/10/2005]  Dumont, Gagarin e Pontes

pt.wikipedia.org

O vôo do 14 Bis em 1906 (clique para abrir versão maior)

Hoje, 23 de outubro de 2006, comemoramos 100 anos do histórico vôo do 14 Bis (veja foto acima), o avião idealizado e construído por Alberto Santos Dumont (1873-1932).

Voar é um belo "truque" físico pois, antes de mais nada, é preciso vencer o puxão gravitacional para baixo que a Terra dá em qualquer corpo à sua volta. Em outras palavras, quem voa tem que subir e, para tanto, precisa de uma força vertical para cima que se oponha à força Peso. Isso pode ser feito basicamente de duas formas:

1. Com aparelhos menos densos do que o ar (balões, dirigíveis)
2. Com aparelhos mais densos do que o ar (aviões)

:: Como um dirigível voa?

Balões e dirigíveis são inflados para ter um volume grande. Assim conseguem deslocar um grande volume de ar. 

Segundo o Princípio de Arquimedes, quando um corpo desloca um fluido em equilíbrio (líquido ou gás), recebe deste uma força vertical para cima denominada Empuxo (E) que tem o valor do peso do fluido deslocado (E = P_ar = m_ar.g = d_ar.V_ar.g onde m é a massa, d a densidade e g a gravidade local).

E vai "competir" com o P e, se vencer, teremos uma força resultante para cima que fará o dirigível acelerar e subir. Se ocorrer o contrário, P for maior do que E, o balão ficará ancorado no chão pois a resultante será para baixo.

Podemos escrever:

• Peso do dirigivel:
  
• Empuxo:
  

A condição para o dirigível subir é:  

ou seja, o dirigível deve ser menos denso que o ar. Por isso mesmo balões são inflados com ar quente (menos denso do que o ar frio) e os dirigíveis são infaldos com gás hélio (menos denso do que o ar).

Com o auxílio de um motor, acoplado a uma hélice que faz uma força motora (F_M), o ar é empurrado para trás (ação). Pela Terceira Lei de Newton (Lei da Ação/Reação), automaticamente o ar empurra o dirigível para frente (reação). Com esta força F_M é possível vencer a resistência do ar A_Ar e impulsionar o balão na horizontal enquanto o Empuxo E dá conta do Peso P.

:: Como um avião voa?

Aviões, ao contrário de balões e dirigíveis, são mais densos⁽¹⁾ do que o ar. Logo, não podem "flutuar" no ar assim como uma pedra (mais densa do que a água) não consegue boiar num lago. Neste caso o Empuxo é muito pequeno para vencer o Peso do avião.

Então devemos usar um outro "truque" físico, aerodinâmico, baseado no Princípio de Bernoulli que diz que quanto maior a velocidade menor a pressão.

A artimanha está no perfil da asa, como mostra a figura a seguir.

A curvatura maior na parte superior da asa força o fluxo de ar a passar com maior velocidade na parte de cima do que na de baixo. Segundo  Bernouilli, haverá uma pressão menor na parte de cima do que na de baixo. Esta diferença de pressão dará origem a uma Força de Sustentação (F_S) vertical para cima.

A Força de Sustentação (F_S) vai se opor ao Peso, fazendo o mesmo papel que o Empuxo no caso de balões e dirigíveis.

F_S pode ser calculada por:

onde K é uma constante que depende da aerodinâmica do avião e r é o valor da densidade do ar.

A condição para o avião subir é:  

ou seja, o avião deve atingir uma velocidade mínima⁽²⁾ para que a Força de Sustenção vença o Peso.

Por isso mesmo um avião não pode decolar na vertical, a apartir do respouso, e tem que correr numa pista plana para atingir uma velocidade mínima para ter sustentação.  

E, da mesma forma como o dirigível, um motor pode mover hélices ou turbinas para empurrar o ar para trás. Por ação/reação o ar empurra o avião para frente com uma força F_M  e este pode vencer a resistência do ar A_Ar para acelerar e ganhar ainda mais velocidade.

Já publicado aqui no Física na Veia!

• [09/06/2006]  Bola Rolando e Girando
• [14/05/2006]  Newton, a Fórmula 1 e o Pneu Sempre Ralado 
• [30/09/2005]  A Ponta do Iceberg
• [19/10/2005]  Dumont, Gagarin e Pontes
• [29/09/2005]  O Princípio de Arquimedes e a Areia Movediça