trabalho fisica mecanica

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TRABALHO FÍSICA MECÂNICA
INSTITUTO POLITÉCNICO – Centro Universitário UNA
APLICAÇÃO DE VETORES
CURSO: Engenharias
Fábio Antônio Pedra Rodrigues,Tamyres Rinald Morais Mourão, Yara Maria
Otero Wacha
Professor Co-orientador: Elisete Cunha
1. INTRODUÇÃO
A física é uma das ciências mais importantes, ela é a base de toda a
engenharia e tecnologia. Nenhum engenheiro pode projetar nada sem antes
entender os princípios básicos da física. Neste trabalho apresentaremos como
aplicação em nossas vidas o uso dos vetores.
Algumas grandezas físicas podem ser descritas por um único número
com uma unidade, porem outras grandezas importantes possuem uma direção
associada com elas e não podem ser descritas por um único número, elas são
denominadas grandezas vetoriais que são descritas por um módulo que indica
a quantidade ou tamanho do vetor, juntamente com uma direção e um sentido
no espaço. Explicaremos como e quais as forças vetoriais atuam para se
colocar um avião no ar.
2. DESENVOLVIMENTO
O principal obstáculo nas primeiras tentativas para colocar um avião no ar
era o seu peso, uma força causada pela gravidade, mas com alguns diferentes
formatos na aerodinâmica dos corpos. Nos estudos e pesquisas feitos pelos
cientistas das várias épocas, verificou-se que o ar, fluído que será responsável
para sustentar uma aeronave em vôo é composto de alguns elementos, entre
eles, nitrogênio, oxigênio e água, com isto podendo sofrer alterações em
grandezas como a densidade, temperatura e pressão. Estas mudanças na
atmosfera estão relacionadas entre as diferenças de temperatura e pressão
entre as várias massas de ar que circulam, originando deslocamentos das
camadas, dando início aos ventos, que poderão ser úteis ou desfavoráveis ao
vôo.
As grandezas vetoriais e escalares estão presentes neste assunto,
sendo as forças, todas vetoriais, incluindo as velocidades, pressões e
acelerações, já as escalares, compostas da massa, das temperaturas e
densidades. Quando um avião tem o vento a seu favor, temos uma soma
vetorial, ou vice-versa, com isto, os vetores são amplamente utilizados,
originando todo tipo de resultantes, sejam elas verticais, como peso e
sustentação, que será vista posteriormente no item das forças, ou horizontais,
como a tração e a resistência do ar, quando o avião está em vôo com
velocidade constante, a soma de todas as suas forças é nula. O empuxo, visto
em hidrostática, também é bem utilizado, porém tendo como fluído, o ar, pois o
deslocamento de ar para trás irá causar uma força para frente. A temperatura é
uma grandeza escalar muito importante, sendo muito variável, sabemos que
quanto mais alto estivermos em relação ao nível do mar, menor será seu valor,
o mesmo acontece com a densidade do ar, pois quanto maior a altitude, ficará
mais rarefeito alterando nas forças relacionadas no vôo, pois altera diretamente
a resistência do ar, quanto ao avanço de um corpo. Existem quatro forças
básicas presentes no voo: sustentação, arrasto, tração, peso.
SUSTENTAÇÃO:
Quando um avião se desloca pelo ar, ocorre um fenômeno na sua asa
que irá produzir uma força para cima, sentido inverso ao peso. O perfil da asa
ou aerofólio tem comprimentos diferentes na parte superior (extradorso) e na
parte inferior (intradorso) devido ao seu formato, possibilitando que duas
partículas
de
ar
percorrendo
tais
comprimentos
ao
mesmo
tempo,
conseqüentemente tenham velocidades diferentes. A física explica que o
aumento da velocidade de um fluído pelas paredes de um tubo, provoca um
aumento da pressão dinâmica (ar em movimento) e uma diminuição da
pressão estática (ar em repouso), originando uma força. Então, tal diferença
de pressões estáticas será a responsável por criar uma força perpendicular a
superfície da asa, chamada de resultante aerodinâmica, agindo no chamado
centro de pressão, tendo como sua componente vertical, a força de
sustentação. A figura abaixo nos mostra o deslocamento das partículas de ar,
partindo do bordo de ataque (frente do perfil) e chegando ao mesmo no bordo
de fuga (traseira do perfil) resultando no aparecimento de uma força que
compensará o peso da aeronave.
ARRASTO:
O arrasto é uma força aerodinâmica devido a resistência do ar, que se
opõe ao avanço de um corpo. Essa força depende de alguns fatores como a
forma do corpo, a sua rugosidade e o efeito induzido resultante da diferença
de pressão entre a parte inferior e superior da asa.
A tração é uma força responsável por impulsionar a aeronave para frente,
sendo originada de algum tipo de motor. Normalmente, nos dias de hoje a
aviação está servida de motores convencionais, a quatro tempos e motores a
reação, utilizando-se de turbo-jatos e turbo-fan.
PESO:
O peso está relacionado com a força da gravidade, a qual atrai todos os
corpos que estão no campo gravitacional terrestre. Não existe nenhuma forma
de alterar esta força, então é preciso cada vez mais aperfeiçoar as aeronaves,
para sempre respeitar as leis da natureza.
O peso é um fator muito importante nas operações de pouso e decolagem,
pois um avião muito pesado irá precisar de maior comprimento de pista para
decolar, para conseguir velocidade suficiente visando a sustentação para
anular o peso, sendo assim, aviões maiores são impedidos de operar em
certos aeroportos. O mesmo acontece na aterrisagem, pois deve-se respeitar
a lei da inércia.
TRAÇÃO:
É a força que permite que o avião se desloque e atinja velocidade suficiente
para a aeronave criar sustentação, essa força é criada pelo motor da
aeronave. Nos aviões a hélice ela é criada pela própria hélice e nos aviões a
jato pela turbina.
Segue abaixo uma ilustração sobre tais forças.
Figura 1. Forças que atuam na aeronave
www.manualdopiloto.blogspot.com.br (Adaptado)
3. CONCLUSÃO
Observa-se com este estudo dos vetores e da sua aplicação no voo de uma
aeronave como é importante o estudo da física para um avião voar.
Através dos vetores vemos quais as forças se anulam entre si, e qual o ângulo
formado para assim dizer qual a direção e o sentido que o avião deve voar.
No nosso estudo indica que, na descida, a sustentação é menor do que o peso
do avião, como se pode supor à primeira vista, já que a força da gravidade
deve ser a responsável pela “queda” do avião [2]. Curiosamente, o mesmo
acontece na subida. Para qualquer ângulo de ataque, a sustentação é menor
do que o peso como mostram. Este resultado deve surpreender muitos que, em
geral, têm a ideia preconcebida de que para que um avião suba, a força de
sustentação deve exceder o peso do avião.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Young, Hugh D. Fisica I,Sears e Zemansky – Ed 14 – São Paulo : Person
Education do Brasil 2016
www.ime.unicamp.br – Acessado em Novembro de 2016
www.ebah.com.br - Acessado em Novembro de 2016
www.manualdopiloto.blogspot.com.br - Acessado em Novembro de 2016
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