Levantamento de aerofólio: Princípio de Bernoulli sobre uma asa
1 · Prever
O ar flui mais rápido sobre o topo curvo de um aerofólio do que sob ele. De acordo com o princípio de Bernoulli, qual superfície tem menor pressão – e o que isso significa para a asa?
- A superfície superior tem pressão mais baixa, criando uma força ascendente líquida (elevação).
- A superfície inferior tem pressão mais baixa, empurrando a asa para baixo.
- Ambas as superfícies têm pressão igual, portanto não há força resultante.
2 · Preparar
- Abra a predefinição de asa fluida e pressione Redefinir. O ar flui sobre a seção transversal de um aerofólio; o caminho da superfície superior é mais estreito que o inferior, então o ar acelera por cima.
- Ative as leituras de velocidade de superfície superior e diferença de pressão.
- Defina as áreas transversais inferior e superior e a velocidade do ar de entrada para cada teste e registre as leituras de velocidade máxima e diferença de pressão.
3 · Coletar Dados
| Área do caminho inferior A₁ (m²) | Área do caminho superior A₂ (m²) | Velocidade do ar de entrada v₁ (m/s) | Velocidade na superfície superior v₂ (m/s) | Diferença de pressão ΔP (superior − inferior) (kPa) |
|---|---|---|---|---|
| 6.00e-4 | 3.00e-4 | 22.00 | ||
| 6.00e-4 | 3.00e-4 | 30.00 | ||
| 6.00e-4 | 4.00e-4 | 25.00 |
Trace a diferença de pressão ΔP (eixo y) em relação à velocidade da superfície superior v₂ (eixo x) para suas três tentativas.
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule v₂ = A₁v₁/A₂ a partir da continuidade, então ΔP = P_superior − P_inferior = ½ρ_air(v₁² − v₂²) usando a densidade do ar 1.225 kg/m³. Compare ambos com as leituras — ΔP é negativo porque o ar mais rápido sobre a parte superior fica a uma pressão mais baixa ali, e é isso que sustenta a asa.
- A diferença de pressão aqui é muito menor em Pa do que no experimento fluido-venturi para velocidades semelhantes. Explique porquê, utilizando o valor da densidade na equação de Bernoulli.
5 · Aprofundar
- Este modelo (continuidade + Bernoulli) explica parte de como as asas geram sustentação, mas a sustentação aerodinâmica real também depende muito do ângulo de ataque da asa e não requer pacotes de ar acima e abaixo da asa para chegarem juntos ao bordo de fuga. Por que uma simples história de “tempo de trânsito igual” sobre transporte poderia ser enganosa?
- A densidade do ar cai em grandes altitudes. Usando ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²), explique por que uma asa precisa se mover mais rápido através do ar rarefeito de alta altitude para gerar a mesma sustentação que geraria ao nível do mar.
A física por trás deste experimento
Equação de Continuidade
Para um fluido incompressível, a taxa de fluxo (área × velocidade) é conservada ao longo de uma linha de corrente: A₁v₁ = A₂v₂. O caminho mais estreito sobre o topo do aerofólio força o ar a se mover mais rápido.
Equação de Bernoulli (ar)
Ao longo de uma linha de corrente horizontal, P + ½ρv² permanece constante. O ar que se move mais rápido por cima da asa tem uma pressão mais baixa do que o ar mais lento por baixo – a diferença de pressão que contribui para a sustentação.