Aqui você pode pesquisar e adaptar planos já existentes

 


A mecânica do vôo

Publicado por 
novaescola
Objetivo(s) 

Estudar as forças que atuam sobre um corpo em vôo livre

Conteúdo(s) 

 

 

Ano(s) 
Material necessário 

Reportagem da Veja:

 

Desenvolvimento 
1ª etapa 

Introdução

Nada está tão próximo do nosso remoto sonho de ter asas do que o vôo livre. Os praticantes desse esporte dizem que tudo o que voa baseia-se no mesmo princípio. Na verdade, o que eles chamam de princípio é a combinação de vários conceitos da Física: resistência do ar, diferenças de pressão nas camadas do fluxo do ar, empuxo e equilíbrio de forças. A leitura da reportagem com os alunos pode suscitar enorme curiosidade e as mais variadas perguntas. Esteja pronto para elas. Essa será uma ótima oportunidade para estimulá-los a entender melhor alguns conceitos da Mecânica com o plano de aula elaborado a seguir.

TEXTO DE APOIO
Para entender o funcionamento de objetos que voam é preciso discutir cada um dos conceitos separadamente.

Todo corpo abandonado em queda livre na atmosfera sofre a ação de uma força vertical para cima, no sentido contrário do seu movimento. É a resistência do ar, que aumenta com a velocidade de queda do corpo. Além do fator velocidade, essa força depende também da forma aerodinâmica do corpo. Isso pode ser facilmente mostrado comparando-se a queda de uma folha aberta de caderno com a da mesma folha amassada. Na ausência de ventos ou de outros movimentos de camadas de ar (ascendentes ou descendentes), um corpo tende ao mesmo tempo a cair devido ao seu peso e frear a queda por efeito da resistência do ar.

Quando peso e resistência do ar se igualam, o corpo pode ficar em movimento uniforme na vertical, como o dos pára-quedas abertos, ou em movimento apenas horizontal, como o dos planadores. Nestes últimos, além do peso e da resistência do ar, há ainda a força de empuxo. Esta força existe porque as asas têm uma forma especial que faz com que o ar que passa por cima delas tenha uma velocidade maior do que o ar que corre por baixo. Ar mais veloz é igual a pressão menor e, o contrário, o ar mais lento provoca uma pressão maior. Para fazer com que o avião ou a asa-delta ganhem altura, aumenta-se o chamado ângulo de ataque (o ângulo entre a asa e o vento). Assim, a velocidade do ar que passa por cima aumenta ainda mais, a pressão diminui e o objeto ganha mais altura. O formato especial das asas é projetado para permitir a maior eficiência possível do empuxo.

Outro elemento importante nos vôos livres são as chamadas "térmicas" as "bolhas" de ar quente que se desprendem do chão em direção ao céu e podem carregar os objetos até as nuvens. Ao entrar em uma dessas térmicas, os viajantes usam a mesma estratégia dos urubus que ficam voando em círculos sem praticamente nenhum movimento de asas, sustentados pela corrente de ar aquecido.

Durante a exploração dos aspectos descritos no texto de apoio, é importante que o professor solicite da classe as impressões que os alunos têm sobre o funcionamento dos diversos tipos de dispositivos para vôo livre. Utilize como exemplo os pára-quedas, as asas-deltas, os planadores e os paragliders. A curiosidade em entender como se fazem as manobras no ar, das mais simples, como virar à esquerda ou à direita, às mais radicais, como loopings e aterrissagens, é que pode despertar o interesse em examinar os conceitos elementares que balizam o movimento desses dispositivos.
 

2ª etapa 

Em seguida, proponha atividades de pesquisas em livros especializados ou na Internet, ou até mesmo a construção de aeromodelos cujos processos de montagem e funcionamento podem ser conseguidos junto aos fabricantes.

3ª etapa 

Discuta com os alunos algumas situações que muitas vezes geram confusão, como "o que cai mais rápido, uma placa de 1 kg de chumbo ou uma esfera de 1 kg do mesmo material?" Você pode se surpreender com as respostas. Muitos, por não considerarem a resistência do ar, podem usar as leis de Newton e afirmar que ambas caem ao mesmo tempo. Outros, no entanto, irão lembrar que a área da superfície que se opõe ao fluxo do ar deve ser levada em conta.

4ª etapa 

Proponha ainda o seguinte problema: um pára-quedista de salto em queda livre permanece caindo durante algum tempo até que atinja uma velocidade constante. Trata-se mesmo de uma queda livre? Que tipo de movimento ele realiza até o início da flutuação? Alguns alunos podem se esquecer da resistência do ar e de que a existência dessa força descaracteriza o movimento como queda livre. Além disso, como essa força varia com a velocidade, a força resultante na queda não será constante. O corpo realizará, portanto, um movimento de aceleração variável.

Para saber mais

Vôo pendular
1
. A direção do vôo é determinada pelo movimento do trapézio, a estrutura triangular abaixo da asa. Quando empurra o trapézio, o piloto faz com que o "nariz" da asa empine, o que lhe permite a ascenção e também a redução de velocidade do vôo

2. Para virar à direita ou à esquerda, o piloto desloca-se no trapézio, respectivamente, para a direita ou para a esquerda. O centro de gravidade do conjunto asa-piloto está no trapézio. Quando ele se move para um lado, o centro de gravidade também se desloca para esse lado, o que provoca a inclinação da asa para o mesmo lado e, assim, a mudança de direção de vôo

3. Quando puxa o trapézio, a asa inclina-se para baixo, desce e ganha velocidade

4. Por causa desse deslocamento do centro de gravidade de um lado para outro, o vôo com asa-delta é também chamado vôo pendular. O piloto atua como um pêndulo

Efeito resistente
É difícil não imaginar que um objeto pesado caia mais rapidamente do que um leve, como comprovou Galileu Galilei há 300 anos. Tanto, que um dos astronautas americanos que pisaram na lua não resistiu e refez a experiência do cientista italiano. Com transmissão via satélite, a imagem do astronauta soltando um martelo e uma pena e ambos caindo ao mesmo tempo no solo lunar virou história. Aqui na Terra, onde o martelo cai primeiro do que a pena, uma força extra atua sobre ambos: a resitência do ar, de sentido oposto à força da gravidade.

Tomando como exemplo um salto de pára-quedas, em que uma pessoa entra em queda livre a 3600 metros de altura, explique aos alunos os efeitos da resistência do ar. Ao saltar, o corpo sofre ação da gravidade e sua velocidade aumenta sempre com a aceleração da gravidade (a = 10m/s2). Sem a resistência do ar, a pessoa chegaria ao solo com uma velocidade de 960km/h. Com a resistência, a velocidade de queda não só diminui como, em determinado momento, se estabiliza. Isso acontece porque a resistência do ar aumenta com o quadrado da velocidade do corpo (se o corpo dobrar a velocidade, por exemplo, a resistência quadriplica) até alcançar a mesma intensidade da força peso. É quando a velocidade fica constante e próxima de 200 km/h. Como a intensidade da força de resistência varia de acordo com a área do corpo em movimento, a pessoa que salta de pára-quedas pode controlar a sua própria velocidade durante o vôo. Se ela mantiver o corpo na horizontal, por exemplo, sua velocidade será menor do que se ela cair em pé ou inclinada.

Estrada nas nuvens
Há dois tipos de vôo livre com asa-delta. No de encosta, o praticante aproveita as correntes de ar que se formam nos declives dos morros para decolar e permanecer em vôo local. No vôo de ascendente térmica, ele acompanha o movimento circular das térmicas. Para encontrar uma térmica, ele segue a nuvem mais próxima as cúmulos-nimbos que se formam por convecção do ar (ar quente subindo, ar frio descendo). As nuvens sempre se formam no fim da térmica. De lá, ele pode divisar outra nuvem e descer alguns metros (cerca de 500) e seguir a nova térmica e, assim, sucessivamente, mantendo-se em vôo durante horas. 

 

Autor Nova Escola
Créditos:
Walter Spinelli
Formação:
Professor de Física do Colégio Santa Cruz, de São Paulo

COMPARTILHAR

Alguma dúvida? Clique aqui.