Resistência do Ar

Definição

Resistência do Ar é uma força que atua no sentido contrário do movimento de um objeto qualquer, essa força é exercida pelo ar, com a intenção de restringir o movimento do objeto.

O ar e outros gases resistem a movimentos realizados “dentro” deles. É graças a isso que o pára-quedas funciona: quando o paraquedista salta, ele é submetido a uma força de resistência exercida pelo ar. Ela se manifesta como um vento forte para cima que vai aumentando a medida que ele cai.

A velocidade de queda também aumenta até atingir um valor limite. Sabe-se que um paraquedista em queda livre atinge uma velocidade máxima em torno 200 km/h. Porém, sem a força de resistência do ar eles atingiriam velocidades muito maiores: saltando de uma altura de 1000 metros chegariam ao chão com uma velocidade de 508 km/h.

Quando o paraquedista abre o pára-quedas, a força de resistência se torna muito maior devido ao formato e à área pára-quedas. Com isso sua velocidade cai rapidamente atingindo valores menores que 10 km/h, seguros o suficientes para uma aterrissagem tranqüila.

Se neste caso a força de resistência é útil, há outras situações em que procuramos evitá-la. É o caso do projeto de carrocerias de automóveis. Talvez você já tenha ouvido frases do tipo “tal automóvel é mais aerodinâmico”. O que quer dizer isso?

Quer dizer que, dependendo do formato que um veículo tiver, ele sofre uma força de resistência do ar maior ou menor. Os veículos mais modernos têm um formato mais aerodinâmico, ou seja, de cortar o ar de uma maneira mais eficaz, diminuindo a resistência. Isso melhora o desempenho do veículo (velocidade final atingida) e economiza combustível, pois o motor não precisa de tanta força para manter a velocidade.

O formato do carro é caracterizado por um número chamado coeficiente de arrasto aerodinâmico, indicado por Cx. Quanto menor o coeficiente, melhor a “aerodinâmica”. Normalmente o Cx dos veículos varia entre 0,3 e 0,9. A tabela abaixo mostra o valor de Cx para vários formatos diferentes.

Atenção: estes são apenas valores médios de referência. O valor de Cx pode variar bastante devido a pequenas alterações no formato.

Formato	Descrição	Cx	Formato	Descrição	Cx
	Formato mais aerodinâmico	0,08		Caminhão	0,90
	Carro esporte	0,25		Ciclista em competição	0,90
	Semi-esfera face plana atrás	0,38		Cubo	1,05
	Carros de passeio	0,40		Placa quadrada	1,2
	Esfera	0,47		Semi-esfera face plana frontal	1,42
	Ônibus	0,70		Motociclista	1,8
	Cilindro vertical	0,90		Secção em C	2,3

Porém a força de resistência não depende apenas do formato do objeto. Vários outros fatores influem. Um deles é a área do objeto voltada para o movimento. Ela está relacionada ao tamanho do objeto: um pára-quedas grande por exemplo, sofrerá uma resistência maior do que um pequeno. Um guarda-chuva, se usado como pára-quedas tem um efeito desastroso, porque sua área é muito pequena e a força de resistência será insuficiente para diminuir a velocidade de queda de uma pessoa até um valor seguro.

Para determinar a área, devemos verificar qual é o lado do objeto que está voltado para o movimento, e a partir daí descobrir em que ponto essa área é maior. Veja a ilustração a seguir, por exemplo, onde mostramos a área de um automóvel voltada para o movimento.

A velocidade relativa entre o fluido e o corpo também influi. Quanto maior for a velocidade do carro, maior é a força de resistência que ele sofre. Se um passageiro colocar o braço para fora. sente um pequeno vento na mão quando a velocidade é baixa. Mas quando ela é alta, o vento empurra fortemente sua mão para trás. Essa é a força de resistência do ar, que aumenta com a velocidade.

Evidentemente, se além disso houver um vento contrário, a velocidade relativa será maior. Por outro lado um vento favorável deverá ter descontada a sua velocidade no cálculo. Na verdade, um carro a 100 km/h movendo-se em um dia sem vento ou a 70 km/h contra um vento de 30 km/h sofrerá a mesma força. O mesmo vale para um carro em repouso sujeito a um vento frontal a 100 km/h.

Finalmente, há um último fator que influi na instensidade da resistência do ar: a densidade do próprio ar (ou outro fluido …). A densidade do ar depende da temperatura e da pressão ambiente. Em locais de menor altitude a preesão atmosférica é maior e o ar é mais denso e portanto oferece mais resistência ao movimento.

O mesmo vale para locais onde a temperatura é menor: o ar se torna mais denso dificultando mais o movimento através dele. Para o caso do ar na superfície da Terra, essas variações não são tão grandes quanto os outros fatores envolvidos na resistência do ar. Em outros casos no entanto, a densidade do fluido irá desempenhar um papel fundamental.

Há uma fórmula que resume todas as características que discutimos até aqui e que expressa o valor da força de resistência no ar e outros fluidos para a maioria das situações:

Com essa fórmula você poderá avaliar com precisão os efeitos das forças de resistência em diversas situações práticas.

Fonte: www.scite.pro.br

Resistência do Ar

Saltando com pára-quedas

O pára-quedista prepara-se. Tudo em ordem. Pular…

Ele lança-se ao ar, braços abertos, procurando sempre a posição horizontal. Ele sente a resistência do ar. A resistência do ar é uma forma de atrito, aplicando forças contra o movimento, que é para baixo. O corpo do pára-quedista empurra o ar para baixo e esse opõe-se, aplicando força para cima.

A força devido à gravidade (peso do corpo) puxa o corpo para baixo e a força de resistência do ar manifesta-se, no corpo, para cima. Essa resistência imposta pelo ar depende das dimensões, da forma e da velocidade do pára-quedista (e seu equipamento).

No início a gravidade ganha, a velocidade de queda aumenta (aceleração positiva) e, com isso, aumenta também a resistência imposta pelo ar. Quando as duas forças tiverem valores iguais, elas se equilibram e a velocidade de queda estabiliza — é a primeira velocidade limite, Vlim1.

Nesse momento ele puxa a cordinha que solta o pára-quedas. Puff. Abriu. As dimensões e formas do sistema mudam notavelmente. A área de ataque contra o ar aumenta muito, a resistência do ar aumenta tanto (ganhando da força da gravidade) que o pára-quedista leva um tranco. A força de resistência do ar sendo maior que aquela devido à gravidade, o sistema desacelera (aceleração negativa) e vai perdendo velocidade. Mas, como a velocidade diminui, a resistência do ar também vai diminuindo progressivamente, até novamente igualar seu valor com aquele da gravidade. Nessa situação, novamente a velocidade de queda estabiliza — é a segunda velocidade limite, Vlim2.

Essa velocidade de queda (já estabilizada) é menor que a velocidade de queda quando o pára-quedas estava fechado. É uma velocidade que um homem treinado sabe suavizar quando chega ao solo, encolhendo as pernas e rolando no chão, para aumentar o tempo de impacto.

O avião mantém vôo horizontal com velocidade constante.

Fonte: www.feiradeciencias.com.br