FÍSICA

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Apresentao________________________________________________________4

Mdulo I ______________________________________________________ 5 - 107

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Caro aluno,

Pretendo que a disciplina de Fsica seja um instrumento que oferea a voc os conceitos bsicos

para compreender a maior parte dos trabalhos que ir executar em uma aeronave.

Com ela voc ir ter a base terica do princpio de funcionamento dos motores a reao, das

hlices, alavancas, do voo propriamente dito e muito mais.

Vamos abordar os seguintes contedos: Caractersticas da matria, teoria cintica dos gases,

sistema de foras dos gases, escalas de temperatura, leis fsicas relativas atmosfera e aerodinmica.

Ao encerrar esta disciplina voc possuir condies de identificar os princpios e os elementos da

Fsica e sua aplicao na aviao.

Lembre-se que estarei ao seu lado, acompanhando-o, orientando-o e estimulando seus estudos.

muito importante poder compartilhar esses contedos com voc.

Bons estudos!

Prof. Evandro Carlos Ferreira

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Fonte: utexas.edu

MDULO I

FSICA

INTRODUO

Caro aluno,

No decorrer deste modulo, voc perceber o quanto a disciplina de Fsica interessante e

excitante, pois tanto para um tcnico como para uma pessoa comum que goste de

manuteno por hobby, ela ir mostrar-se uma ferramenta de grande valor.

Trataremos aqui dos principais conceitos tericos que daro suporte ao seu aprendizado

tais como, teoria dos gases, tipos de alavancas, presso e aerodinmica.

Portanto, ao final deste modulo voc dever entender, por exemplo, como funciona um

torquimetro, o porqu uma aeronave voa, a importncia da troposfera na aviao e muito

mais.

A fsica o termo aplicado rea de conhecimento, relativo natureza bsica e

fundamental da matria e energia. Ela no tenciona determinar o comportamento da

matria e da energia na sua relao com o fenmeno fsico, mas to somente como se

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comportam. As pessoas que cuidam de manuteno e reparo de aeronaves precisam ter

conhecimentos de fsica bsica, que , s vezes, chamada de cincia da matria e energia.

1.1 MATRIA

Embora a matria seja a mais fundamental de todas as coisas contidas no campo da fsica e

do mundo material, difcil de definir. Como no pode ser categoricamente definida, este

captulo indicar aquelas caractersticas que so facilmente reconhecidas.

A matria em si mesma no pode ser destruda, mas pode ser transformada de um estado

para outro, por meios fsicos ou qumicos. Ela normalmente considerada pela energia que

contm, absorve ou oferece. Sob certas condies controladas, o homem pode utilizar-se

disto na sua vida diria.

Matria qualquer substncia que ocupa espao e tem peso.

Existem trs estados de matria: (1) slido (2) lquido e (3) gasoso. Slidos tm volume e

forma definidos. Lquidos tem volume definido, mas tomam a forma do recipiente que os

contm. Gases no tm volume nem forma definidos. Os gases no apenas tomam a forma

do recipiente, no qual so contidos, como se expandem para complet-lo, seja qual for o

seu volume.

Fonte: http://www.infoescola.com

Exemplo de um slido, lquido e gasoso.

A gua um bom exemplo de transformao de matria de um estado para outro. Sob

temperatura alta, ela est no estado gasoso, na forma de vapor. Sob temperatura moderada,

permanece na forma lquida e, sob baixas temperaturas torna-se gelo, um estado slido.

Neste exemplo, a temperatura o fator dominante na determinao do estado que a

substncia assume.

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Fonte: profpc.com.br

A presso outro fator importante que produzir transformaes no estado da matria.

Sob presses inferiores presso atmosfrica, a gua ferver, transformando-se em vapor,

sob temperaturas abaixo de 100C. A presso um fator crtico na transformao de alguns

gases em lquidos ou slidos. Normalmente, quando presso e resfriamento ao mesmo

tempo so aplicados a um gs, ele assume o estado lquido. O ar lquido, que uma mistura

de oxignio e nitrognio, produzido desta maneira.

Caractersticas da Matria

Toda matria possui certas caractersticas ou propriedades gerais. Estas propriedades so

definidas de forma, elementar e superfcial e, mais especficamente, em aplicaes atravs

do texto. Entre estas propriedades e circunstncias esto:

a. Volume - significando ocupar espao, tendo algumas medidas como comprimento,

largura e altura. Pode ser medido em polegadas cbicas, centmetros cbicos e semelhantes.

Fonte: Prof. Evandro Ferreira

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b. Massa - a medio de quantidade ou a medida da quantidade de matria num corpo. A

massa no varia, mesmo que o estado se modifique.

c. Atrao - uma fora agindo mutuamente entre partculas de matria, tendendo a

agrup-las. Isaac Newton chamou-a de "Lei de Gravidade Universal". Ele demonstrou

como cada partcula de matria atrai todas as outras, como as pessoas se mantm sobre a

terra e como os planetas so atrados no sistema solar.

Fonte: www.portalsaofrancisco.com.br

d. Peso - a medida de gravidade universal. A fora de gravidade sobre um corpo

chamada de peso do corpo e indica quo pesado o corpo est.

Fonte: emporto.com.br

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e. Densidade - a massa (peso) de uma substncia por unidade de volume. A densidade

pode ser empregada para distinguir vrios tipos de matria. Se uma substncia muito

densa, uma grande quantidade desta matria ir ocupar um pequeno volume.

Fonte: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/densidade/densidade-2.php

f. Inrcia - a oposio que um corpo oferece a qualquer mudana de movimento. A

propriedade de inrcia comum a todas as matrias. mais bem conceituada atravs da

primeira lei de Newton: "Um corpo em repouso permanece parado e um corpo em

movimento continua a se mover em velocidade constante em linha reta, a menos que o

corpo seja afetado, em ambos os casos, por uma fora externa".

g. Porosidade - existncia de poros ou espaos vazios, onde partculas menores possam se

ajustar quando ocorre mistura.

h. Impenetrabilidade - significa que dois corpos no podem ocupar o mesmo espao ao

mesmo tempo. Ento, duas pores de matria no podem ao mesmo tempo, ocupar o

mesmo lugar no espao.

A matria pode ser classificada como simples ou composta, dependendo da complexidade

de sua estrutura. Matria simples (ou elemento) no pode ser reduzida quimicamente a uma

substncia mais simples. Matria composta aquela formada por alguma combinao de

elementos.

Duas partculas bsicas, o tomo e a molcula, formam toda e qualquer matria. A molcula

a menor partcula de uma substncia, que ainda conserva todas as propriedades da

substncia original.

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Em fsica, a molcula a unidade de matria. O tomo a menor partcula de um

elemento, que pode combinar com outros tomos para formar molculas. Em qumica, o

tomo a unidade de matria.

Fonte: www.flickr.com

Molcula de agua

Embora o assunto possa parecer complexo, difcil conceber qualquer coisa mais simples

do que a matria. Ela pode ser referida como "tudo que ocupa lugar no espao".

Sistema de Medida

Os dois sistemas de medio mais comumente usados so: o Sistema Ingls, que ainda ,

geralmente, usado nos Estados Unidos e o Sistema Mtrico, usado na maioria dos pases

europeus e, ento, adotado pelas Foras Armadas dos Estados Unidos. O Sistema Mtrico

normalmente usado em todas as aplicaes cientficas.

As trs unidades bsicas que requerem unidades de medio so: massa (peso),

comprimento (distncia) e tempo.

O sistema mtrico s vezes, chamado de Sistema CGS, porque utiliza, como unidades

bsicas de medio, o centmetro (C) para medir comprimento; o grama (G) para medir

massa; e o segundo (S) para medir tempo.

O sistema ingls usa medidas diferentes para medir massa e comprimento. A "libra" a

unidade de peso; o "p" a unidade para medir comprimento; e o "segundo" usado para

medir tempo, como no sistema mtrico.

As medidas de um sistema podem ser convertidas em unidades do outro, usando-se um

fator de converso, ou por referncia a uma tabela semelhante mostrada na figura 7-1.

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Nesta figura os sistemas, ingls e mtrico, so comparados. Adicionalmente includa uma

coluna de equivalncia, que pode ser usada para converter unidades de um sistema para o

outro.

Fonte: IAC Instituto de Aviao Civil Diviso de Instruo Profissional

Figura 7-1 Comparao entre os Sistemas de medida mtrico e ingls.

1.2 FLUIDOS

Generalidades

Lquidos e gases so chamados de fluidos, porque ambos fluem livremente. Um fluido

definido como uma substncia que modifica sua forma facilmente e toma o espao do

recipiente em que contido. Isto se aplica tanto aos lquidos quanto aos gases. As suas

caractersticas podem ser agrupadas sob similaridades e diferenas. As caractersticas

similares so as seguintes:

1. Ambos no tm forma definida e acomodam-se na forma dos recipientes em que se

encontram.

2. Ambos prontamente transmitem presses.

As caractersticas distintas so as seguintes:

1. Os gases ocupam seus recipientes completamente;

2. Os gases so mais leves do que os lquidos em iguais volumes;

3. Os gases so altamente compressveis, mas os lquidos apenas um pouco.

Estas diferenas sero descritas adiante, na discusso concernente s propriedades e

caractersticas dos fluidos em repouso. Tambm sero abordados alguns dos fatores que

afetam os fluidos em diferentes situaes.

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Densidade e Gravidade Especfica

A densidade de uma substncia o seu peso por unidade de volume. A unidade de volume

selecionada para uso no sistema ingls para medio 1 p cbico. No sistema mtrico a

unidade 1 centmetro cbico. Portanto, a densidade expressa em lb/ft (libras por p

cbico) ou g/cm (gramas por centmetro cbico).

Para encontrar a densidade de uma substncia, seu peso e volume precisam ser conhecidos.

Seu peso ento dividido por seu volume, para encontrar o peso por unidade de volume.

Por exemplo, o lquido que completa certo recipiente pesa 1.497,6 libras.

Fonte: Matrias Bsicas, traduo do AC 65-9A do FAA

Tabela com a gravidade espec fica de alguns tipos de materiais

O recipiente tem 4 ps de comprimento, 3 ps de largura e 2 ps de altura. Seu volume de

24 ps cbicos (4 x 3 x 2). Se 24 ps cbicos de um lquido pesa 1.497,6 libras, ento 1 p

cbico pesa 1.497,6/24 ou 62,4 libras. Portanto a densidade do lquido 62,4 lb/ft.

Esta a densidade da gua a 4C e normalmente usada para comparao de densidades de

outras substncias. (No sistema mtrico, a densidade da gua de 1g/cm).

A temperatura padro de 4C usada para medir-se a densidade de lquidos e slidos.

Mudanas na temperatura no modificaro o peso de uma substncia, mas modificaro seu

volume por expanso e contrao, modificando, ento, seu peso por unidade de volume.

O procedimento para achar a densidade aplica-se a todas as substncias. Todavia

necessrio considerar a presso, quando procurando a densidade de gases.

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A temperatura mais crtica quando se mede a densidade dos gases do que as de outras

substncias. A densidade de um gs aumenta na proporo direta da presso exercida sobre

ele. As condies padro para medio da densidade foram estabelecidas em 0C de

temperatura a uma presso de 76 cm de mercrio (esta a presso mdia da atmosfera ao

nvel do mar).

A densidade para todos os gases calculada com base nestas condies. Frequentemente

necessrio comparar a densidade de substncias diferentes. Por este motivo, o padro

necessrio.

A gua o padro que os fsicos escolheram na comparao da densidade de todos os

lquidos e slidos. Para os gases, o padro mais comumente usado o ar. Entretanto o

hidrognio s vezes usado como padro para os gases.

Em fsica a palavra "especfico" denota uma proporo.

Ento, a gravidade especfica calculada, por comparao do peso de um volume definido,

de uma dada substncia, com o peso de igual volume de gua.

Os termos "peso especfico" ou "densidade especfica" so s vezes usados para expressar

essa proporo.

As seguintes frmulas so empregadas para encontrar a gravidade especfica de lquidos e

slidos:

As mesmas frmulas so usadas para achar a densidade dos gases, substituindo gua por ar

ou hidrognio.

A gravidade especfica no expressa em unidades, mas por nmeros puros.

Por exemplo, se certo lquido hidrulico tem uma gravidade especfica de 0,8, 1 p cbico

do lquido pesa 0,8 vezes o que pesa 1 p cbico de gua: 62,4 vezes 0,8 ou 49,92 libras.

No sistema mtrico, 1 cm cbico de uma substncia com gravidade especfica de 0,8 pesa 1

vez 0,8 ou 0,8 gr. (observe que no sistema mtrico a gravidade especfica de um lquido ou

slido tem o mesmo valor numrico que sua densidade.

Como o ar pesa 1,293 gramas por litro, a gravidade especfica de gases no igual s

densidades mtricas).

Gravidade especfica e densidade so independentes do tamanho da amostra sob

considerao e, depende apenas da substncia de que ela seja feita. Ver na figura 7-2, os

valores de gravidade especfica relativos a vrias substncias.

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Um dispositivo chamado densmetro utilizado para medir a gravidade especfica de

lquidos. Tal medidor consiste de uma boia de vidro com forma tubular, contida num tubo

de vidro maior (ver figura 7-3).

O tubo de vidro o recipiente para o lquido, tendo na parte superior um bulbo de

borracha para succionar o lquido para o interior do recipiente.

preciso haver lquido bastante para erguer a boia de vidro, mantendo-a afastada do fundo

do recipiente. A boia tem um determinado peso e possui uma escala graduada

verticalmente.


Figura 7-3 Densmetro.

Para determinar a gravidade especfica, a escala deve ser lida na superfcie do lquido em

que est imersa.

A indicao 1000 lida quando se tratar de gua pura. Quando imersa em lquido de maior

densidade, a boia eleva-se, indicando maior gravidade especfica.

No caso de lquidos de densidade mais baixa, a boia afunda, indicando uma menor

gravidade especfica.

Um exemplo de uso do densmetro a medio da densidade especfica do eletrlito

(soluo de bateria) em baterias de aeronaves.

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Fonte jet.com.br

Quando a bateria est descarregada a boia indicadora imersa na soluo cida indicar

aproximadamente 1150. A indicao da bateria carregada fica entre 1275 e 1310.

Flutuabilidade

Um corpo slido pesa menos submerso num lquido ou num gs do que em espao livre,

por causa da fora para cima que qualquer fluido exerce sobre um corpo nele submerso.

Um objeto flutuar, caso a fora para cima (chamada flutuao) do fluido seja maior do que

o peso do objeto.


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Objetos mais densos do que o fluido afundaro prontamente, ainda que paream perder

parte do seu peso quando submersos. Uma pessoa pode erguer maior peso dentro d'gua

do que fora dela.

A experincia seguinte est ilustrada na figura 7-4. Um recipiente para transferncia de

lquido completado com gua at o nvel da torneira.

Um cilindro de metal macio primeiro pesado fora d'gua e depois, quando

completamente submerso, dentro dela.

A diferena entre os dois pesos a fora de flutuao da gua. O cilindro mergulhado no

recipiente de transferncia, e a gua que se esgota atravs da torneira colhida no outro

recipiente.

O volume da gua transferida igual ao volume do cilindro mergulhado.

O volume de objetos de forma irregular pode ser medido por este mtodo.

Se esta experincia for feita cuidadosamente, o peso da gua deslocada pelo cilindro

metlico ser exatamente igual fora de flutuao da gua.

Experincias similares foram realizadas por Arquimedes (287-212 A.C.). Ele descobriu que

a fora de flutuao que um fluido exerce sobre um corpo submerso igual ao peso do

fluido que o corpo desloca.

Esta afirmao referida como "princpio de Arquimedes".

Este princpio aplica-se a todos os fluidos, gases e lquidos.

Assim como a gua exerce uma fora de flutuao em objetos, o ar tambm a exerce em

objetos nele mergulhados.

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Figura 7-4 Medio da fora de flutuao.

1.3 TEMPERATURA

A temperatura um fator predominante que afeta as propriedades de fluidos.

Particularmente quando calculando mudana no estado fsico dos gases.

As trs escalas de temperaturas largamente usadas so: a centrgrada, a Fahrenheit e a

absoluta ou Kelvin. A escala centgrada feita usando-se os pontos de congelamento e de

fervura da gua, sob condies padro, com pontos fixos de 0 a 100, com 100 divises

iguais intermedirias. A escala Fahrenheit usa 32 como o ponto de congelamento da gua e

212 como ponto de fervura e, tem 180 divises intermedirias iguais. A escala absoluta ou

Kelvin montada com o seu ponto zero estabelecido como -273C ou -459,4F. abaixo do

ponto de congelamento de gua.

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Fonte: www.mundoeducacao.com.br

O zero absoluto, uma das constantes fundamentais da fsica, comumente usado no

estudo dos gases.

expresso normalmente na escala centgrada. Se a energia calorfica de um determinado

gs pudesse ser progressivamente reduzida, seria atingida uma temperatura na qual o

movimento das molculas cessaria completamente. Se cuidadosamente determinada, esta

temperatura poderia ento ser tomada como uma referncia natural ou como um

verdadeiro valor do "zero absoluto". Experincias com hidrognio indicaram que em um

gs resfriado a -273,16C (-273, na maior parte dos clculos), todo o movimento molecular

cessaria e nenhum calor adicional poderia ser extrado da substncia.

Quando temperaturas so medidas considerando a referncia de zero absoluto, elas so

expressas como zero na escala absoluta ou Kelvin. Ento, o zero absoluto pode ser

expresso como 0K, como -273C ou como -459,4F (na prtica, -460 na maioria dos

clculos).

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Figura 7-5 (A) Escala Rankine, usada para converter Fahrenheit para absoluto.

(B) Comparao das temperaturas Fahrenheit, Centgrado e Kelvin.

Ao trabalhar com temperaturas, certifique-se, sempre, quanto ao sistema de medio que

est sendo usado e, saiba como converter as temperaturas.

As frmulas de converso so mostradas na letra B da figura 7-5. Para fins de clculos, a

escala Rankine, ilustrada na figura 7-5 comumente usada para converter Fahrenheit em

absoluta. Para leituras Fahrenheit acima de zero, adicionar 460.

Desta forma 72F igual a 460 mais 72 ou 532 absolutos. Se a leitura Fahrenheit for

abaixo de zero, subtrair de 460. Assim, 40F igual a 460 menos 40, ou 420 absolutos.

necessrio destacar que a escala Rankine no indica leitura de temperatura absoluta de

acordo com a escala Kelvin, mas estas converses podem ser usadas para clculos de

modificaes no estado fsico dos gases.

As escalas Kelvin e Centgrada so usadas mais efetivamente em trabalhos cientficos,

portanto muitos manuais tcnicos usam estas escalas quando tratando de orientaes e

instrues de operao.

A escala Fahrenheit comumente usada nos Estados Unidos e a maioria das pessoas est

familiarizada com ela. Portanto a escala Fahrenheit usada em muitas partes deste texto.

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1.4 PRESSO

O termo "presso", conforme usado em todo este captulo, definido como uma fora

por unidade de rea. A presso , normalmente, medida em p.s.i. (pounds per square inch,

ou libras por polegada quadrada). s vezes a presso medida em polegadas de mercrio

ou, para presses muito baixas, em polegadas de gua.


Figura 7-6 Presso exercida.

A presso pode estar em uma direo, vrias direes ou em todas as direes (Veja a

figura 7-6). Gelo (um slido) exerce presso apenas para baixo. gua (um fluido) exerce

presso em todas as superfcies com as quais entra em contato. Gs (um fluido) exerce

presso em todas as direes, porque ele ocupa completamente o recipiente que o contm.

1.5 PRESSO ATMOSFRICA

A atmosfera a massa total de ar que circunda a terra. Embora ela se estenda acima de

900Km (500 milhas), a seo de interesse principal a poro do ar que fica sobre a

superfcie da terra e se estende em torno de 14 Km (7,5 milhas). Esta camada chamada de

troposfera e quanto maior for a altura, menor ser a presso. Isto devido ao peso do ar.

Se uma coluna de ar de uma polegada quadrada que se estenda por todo o caminho at o

topo da camada atmosfrica fosse pesada, ela teria aproximadamente 14,7 libras ao nvel do

mar. Deste modo, a presso atmosfrica ao nvel do mar de aproximadamente 14,7 p.s.i.

Quando a altitude aumenta, a presso atmosfrica diminui aproximadamente 1,0 p.s.i. a

cada 2.343 ps. No entanto, abaixo do nvel do mar, a presso atmosfrica aumenta. As

presses sob a gua diferem daquelas somente sob o ar, porque o peso da gua deve ser

adicionado ao peso do ar. A presso atmosfrica, os efeitos da temperatura sobre ela e os

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meios utilizados para medi-la sero discutidos com maiores detalhes em outra seo deste

captulo.

Presso Absoluta

Como afirmado anteriormente, a temperatura absoluta usada nos clculos de mudanas

no estado dos gases. Tambm necessrio o uso da presso absoluta para esses clculos.

A presso absoluta medida da presso zero absoluta, preferivelmente, do que da normal

ou da presso atmosfrica (aproximadamente 14,7 p.s.i.).

A escala de presso usada normalmente em todos os medidores e indica a presso que

excede a atmosfrica.

Por esta razo, a presso absoluta igual a presso atmosfrica mais a presso do indicador.

Por exemplo, 100 p.s.i.g. (libras por polegada quadrada indicada) igual a 100 p.s.i. mais

14,7 p.s.i. ou 114,7 p.s.i.a. (libras por polegada quadrada absoluta).

Incompressibilidade e Expanso dos Lquidos

A compresso dos lquidos, que a reduo do volume que eles ocupam, mesmo sob

extrema presso, to pequena, que pode ser considerada desprezvel.

Se uma presso de 100 p.s.i. for aplicada a uma quantidade substancial de gua, o seu

volume decrescer somente 3/10.000 do seu volume original. Seria necessria uma fora de

64.000 p.s.i. para reduzir o seu volume em 10%. Como os outros lquidos se comportam da

mesma maneira, os lquidos so, usualmente, considerados incompressveis.

Os lquidos geralmente se expandem quando aquecidos. Esta ao normalmente

conhecida como expanso trmica. Todos os lquidos no se expandem na mesma

quantidade para certo aumento de temperatura.

Se dois frascos forem colocados em um recipiente aquecido e se um deles estiver cheio de

gua e o outro de lcool, a expanso do lcool ser maior do que a da gua pela mesma

razo de temperatura.

A maioria dos leos se expande mais do que a gua. Os sistemas hidrulicos das aeronaves

contm meios de compensar esse aumento de volume, de modo a evitar danos ao

equipamento.

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1.6 COMPRESSIBILIDADE E EXPANSO DE GASES

As duas maiores diferenas entre gases e lquidos so suas caractersticas de

compressibilidade e expanso. Embora os lquidos sejam praticamente no compressveis,

os gases so altamente compressveis. Os gases preenchem totalmente qualquer recipiente

fechado que os contenham, mas os lquidos enchem um recipiente somente na extenso de

seu volume normal.

1.7 TEORIA CINTICA DOS GASES

A estrutura dos gases os torna rapidamente adaptveis a anlise matemtica, da qual surgiu

a teoria detalhada do comportamento dos gases, chamada teoria cintica dos gases. A teoria

pressupe que a massa do gs composta de molculas idnticas que se comportam como

esferas elsticas pequenas, separadas relativamente longe entre si e continuamente em

movimento.

O grau do movimento molecular depende da temperatura do gs, uma vez que as

molculas esto frequentemente batendo umas nas outras e contra as paredes do recipiente;

um aumento na temperatura, com o consequente aumento no movimento molecular, causa

um aumento correspondente no nmero de colises entre as molculas. O nmero

aumentado de colises resulta num nmero maior de molculas que colidem nas paredes

do recipiente numa certa unidade de tempo.

Se o recipiente fosse um vaso aberto, o gs se expandiria e transbordaria. Contudo, se o

recipiente selado e possui elasticidade (tal qual uma bola de borracha), a presso

aumentada determinaria a expanso do recipiente.

Por exemplo, ao fazer uma longa viagem num dia quente, a presso nos pneus de um

automvel aumenta e o pneu, que parecia ser algo macio numa manh fresca, pode parecer

normal numa temperatura maior ao meio dia.

Tais fenmenos como esses so explicados por leis concernentes a gases e tendem a

corroborar a teoria cintica.

A qualquer momento, algumas das molculas do gs se movem numa dada direo,

algumas em outra direo. Algumas viajam rapidamente, outras lentamente. Algumas no

se movem. O efeito combinado dessas velocidades corresponde temperatura do gs. Em

qualquer quantidade considervel de gs, existem tantas molculas presentes que, de acordo

com "as leis da probabilidade" uma velocidade mdia pode ser encontrada. Se essa

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velocidade mdia existisse em todas as molculas do gs, produziria o mesmo efeito numa

dada temperatura como resultante das vrias velocidades.

Lei de Boyle

Como afirmado anteriormente, a compressibilidade uma caracterstica marcante dos

gases. O cientista ingls Robert Boyle estava entre os primeiros a estudar essa caracterstica

que ele chamou "espalhamento do ar". Pela medio direta ele descobriu que, quando a

temperatura de uma amostra combinada de gs era mantida constante e a presso dobrava,

o volume era reduzido a metade do valor anterior, medida que a presso aplicada

diminuia, o volume aumentava. Dessas observaes, ele concluiu que para uma

temperatura constante, o produto do volume e a presso para um gas preso permanece

constantes. A lei de Boyle estabelecida: "o volume de um gs seco enclausurado varia

inversamente com sua presso, permanecendo constante a temperatura".

Essa lei pode ser demonstrada aprisionando uma quantidade de gs num cilindro, que tem

um pisto firmemente posicionado. Uma fora ento aplicada ao pisto, de modo a

comprimir o gs no cilindro de algum volume especfico. Quando a fora aplicada no

pisto dobrada, o gs comprimido metade do seu volume original, como indicado na

Figura 7-7.


Figura 7-7 Metade do volume pelo dobro da fora.

Na equao, a relao pode ser expressa por:

Onde, V e P so volume e presso iniciais, e V e P so volume e presso posteriores.

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Exemplo da Lei de Boyle: 4 ps cbicos de nitrognio esto sob uma presso de 100 p.s.i.g.

Ao nitrognio permitida uma expanso para um volume de 6 ps cbicos.

Qual a nova presso indicada?

Frmula ou equao:

Um gs que se comporta de acordo com a lei de Boyle, considerado um gs ideal.

Quando a presso aumenta sobre o gs, seu volume diminui proporcionalmente e sua

densidade aumenta. Dessa forma, a densidade do gs varia diretamente com a presso, se a

temperatura permanecer constante como no caso de um gs ideal. A densidade tambm

varia com a temperatura, uma vez que os gases se expandem quando aquecidos e se

contraem quando esfriados.

As aplicaes teis da lei de Boyle so muitas e variadas. Algumas aplicaes mais comuns

na aviao so:

1. Garrafas de dixido de carbono (CO2) usadas para inflar botes e coletes salva-vidas;

2. Garrafas de oxignio sob presso e de acetileno usados em soldagem;

3. Freios e amortecedores de choque a ar comprimido;

4. Garrafa de oxignio para voos a grandes altitudes e para uso em emergncia.

Lei de Charles

O cientista francs Jacques Charles colaborou muito na fundao da teoria cintica

moderna dos gases.

Ele descobriu que todos os gases se expandem e contraem numa proporo direta

mudana na temperatura absoluta, permanecendo a presso constante. Na forma de

equao, essa parte da lei pode ser expressa.

A equao significa que, com um volume constante, a presso absoluta do gs varia

diretamente com a temperatura absoluta.

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Exemplos da lei de Charles:

Um cilindro de gs sob uma presso de 1.800 p.s.i.g. a 70F mantido sob o sol tropical e a

temperatura sobe para 130F. Qual a nova presso dentro do cilindro? A presso e a

temperatura devem ser convertidas para absolutas.

Frmula ou equao:

Usando o sistema Rankine:

70F = 530 absolutos

130F= 590 absolutos

Substituindo:

Convertendo a presso absoluta para a presso indicada:

Bales livres voando na estratosfera, os gases de aeronaves a jato e os efeitos das nuvens e

do tempo nos instrumentos de registro, podem ser explicados pelo uso da lei de Charles.

Aqui esto aplicaes prticas da lei de fsica que ajuda o piloto, o controlador de ar e o

aergrafo nos seus servios. Voar se torna mais seguro quando os humanos so capazes de

aplicar essa lei no manuseio dos dados de tempo, to vital para a aviao.

Lei Geral dos Gases

Os fatos referentes aos gases discutidos nas sees anteriores so resumidos e ilustrados na

figura 7-8. A lei de Boyle expressa em "A" da figura, e os efeitos das mudanas de

temperatura na presso e volume (lei de Charles) so ilustradas em "B"e "C",

respectivamente. Ao combinar as leis de Boyle e Charles, uma expresso nica pode ser

encontrada, estabelecendo todas as informaes contidas em ambas. Essa expresso

chamada "a lei geral dos gases", uma frmula muito til a partir da qual dada a equao

que se segue. (Nota: o P e T maisculos significam presso absoluta e temperatura

absoluta, respectivamente).

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Figura 7-8 Lei geral dos gases.

Um exame da figura 7-8 revela que as trs equaes so casos especiais da equao geral.

Portanto, se a temperatura permanecer constante, T igual a T, ambas podem ser

eliminadas da frmula geral, que ento se reduz para a forma mostrada em "A". Quando o

volume permanecer constante, V igual a V, reduzindo a equao geral para a forma dada

em "B". Similarmente P igual a P pela constante presso e a equao toma a forma dada

em "C".

A lei geral dos gases aplica-se com exatido somente para gases perfeitos ou "ideais", em

que as molculas so assumidas para serem perfeitamente elsticas. Ainda que a lei descreva

o comportamento atual dos gases, com exatido suficiente para a maioria dos propsitos

prticos.

A seguir, dois exemplos da equao geral:

1 - Dois ps cbicos de um gs a 75 libras por polegada quadrada e a 80F. So

comprimidos para um volume de 1 p cbico e, ento, aquecido a uma temperatura de

300F. Qual a nova presso indicada?

27

Formula ou equao:


80F = 540 ABSOLUTO

300F = 760 ABSOLUTO

Substituindo

P = 252,5 p.s.i.a.

Convertendo presso absoluta para presso indicada:

2 - Quatro ps cbicos de um gs a 75 p.s.i.g. e 80F. so comprimidos a 237,8 p.s.i.g. e

aquecidos para uma temperatura de 300F. Qual o volume de gs resultante desta

operao?


80F. = 540 absoluto

300F. = 760 absoluto

Substituindo:

28

Lei de Avogadro

Avogadro, um fsico italiano, conceituou a teoria que "na mesma temperatura e presso,

volumes iguais de diferentes gases, contm iguais nmeros de molculas". Esta teoria foi

provada por experincias e, comprovada com a teoria cintica, tanto que ela foi mostrada

como "a lei Avogadro.

Lei de Dalton

Se a mistura de dois ou mais gases que no combinam quimicamente colocada em um

recipiente, cada gs se expande atravs do espao total e a presso absoluta de cada gs

reduzida para um pequeno valor, chamado de presso parcial. Esta reduo est de acordo

com a lei de Boyle. A presso dos gases misturados igual soma das presses parciais.

Este fato foi descoberto por Dalton, um fsico ingls e determinada como a quarta lei de

Dalton: "a mistura de vrios gases que no reagem quimicamente, exerce uma presso igual

soma das presses que os vrios gases exercero separadamente se, a cada um, for

permitido ocupar o espao interior sozinho a uma dada temperatura".

Transmisso de Foras Atravs de Fludos

Quando a extremidade de uma barra forada, a fora principal da pancada transportada

diretamente atravs da barra para o outro extremo (veja "A" da figura 7-9). Isto acontece

porque a barra rgida. A direo da pancada determina quase inteiramente a direo da

fora transmitida.

29


Figura 7-9 Transmisso de fora: (A) Slido; (B) Fludo.

Quanto mais rgida a barra, menor a fora perdida dentro da barra, ou transmitida para

fora, em ngulos retos na direo da pancada.

Quando uma fora aplicada na extremidade da coluna de um lquido confinado ("B" da

figura 7-9), esta transmitida diretamente atravs do outro final e, tambm, igualmente sem

diminuir em todas as direes atravs da coluna, para frente, para trs e para os lados, de tal

modo que o recipiente seja literalmente ocupado com a presso.

Se um gs for usado em lugar de um lquido, a fora ser transmitida da mesma maneira.

A nica diferena que, o gs sendo compressvel, fornece uma fora rgida muito menor

do que o lquido, que incompressvel. (Esta a principal diferena na ao de lquidos e

gases nos sistemas de fora de fluidos).

Lei de Pascal

Os fundamentos da hidrulica e pneumtica moderna foram estabelecidos em 1653,

quando Pascal descobriu que a presso em cima de um fluido, atua igualmente em todas as

direes.

30


Esta presso atua em ngulos retos para as superfcies do recipiente.

Uma das consequncias da lei de Pascal que a forma interior do recipiente altera a relao

de presso. Portanto na figura 7-11, se a presso devida para o peso do lquido em um

ponto na linha horizontal "H" de 8 p.s.i., a presso ser de 8p.s.i., em qualquer lugar do

nvel "H" no sistema.

A presso, devido ao peso de um fluido, depende em qualquer nvel, da altura do fluido a

partir da superfcie. A distncia vertical entre dois nveis horizontais em um fluido

conhecida como a cabea do fluido.


Figura 7-11 Relacionamento da presso com o formato do reservatrio.

31

Na figura 7-11 est indicada a cabea do lquido de todos os pontos no nvel "H"com

relao superfcie.

A presso devida para a cabea do fluido tambm depende da densidade desse mesmo

fluido. A gua, por exemplo, pesa 62,4 libras/p cbico ou 0,036 libras/polegada cbica,

mas certos leos fortes pesam 55 libras/p cbico, ou 0,32 libras/polegada cbica. Para

produzir uma presso de 8 p.s.i., ele tomaria 222 polegadas de altura usando gua, e 252

polegadas de altura usando o leo (veja figura 7-12).

Fora e Presso

Para que possamos entender como a lei de Pascal aplicada para fora de um fluido, uma

distino deve ser feita entre os termos "fora" e "presso". Fora pode ser definida como

um "empurrar" ou "puxar", exercido contra a rea total de uma determinada superfcie, que

expressa em libras. Como colocado anteriormente, presso uma quantidade de fora em

uma unidade de rea da superfcie representada acima. Em hidrulica e pneumtica, a

presso expressa em libras por polegada quadrada. Portanto presso a quantidade de

fora atuando sobre a rea de uma polegada quadrada.


Figura 7-12 Relao entre presso e densidade.

32

Calculando Fora, Presso e rea

Uma frmula, semelhante s usadas com a lei do gs, usada calculando fora, presso e

rea no sistema de fora do fluido. Embora paream ser trs frmulas, ela somente uma,

escrita em trs variaes, onde "P" refere-se a presso, "F" indica fora e "A" representa

rea.

Fora igual presso vezes a rea. Assim, a frmula ser escrita: F. = P x A


Figura 7-13 Dispositivo para determinar a relao entre Fora, Presso e rea.

Presso igual fora dividida pela rea. Recompondo a frmula, esta afirmao

considerada em:

Como a rea igual fora dividida pela presso, a frmula ser escrita: 358,8 X 760.

A figura 7-13 ilustra um artifcio para relembrar estas frmulas. Qualquer letra no tringulo

pode ser expressa como o produto ou quociente das outras duas, dependendo da posio

dela dentro do tringulo.

Por exemplo, para acharmos a rea, consideramos a letra "A" como destaque, seguida por

um sinal de igual. Agora, olhamos para as outras duas letras.

A letra "F" est sobre a letra

De maneira similar, para achar a fora, consideramos a letra "F" como sendo destaque. As

letras "P" e "A" esto lado a lado, logo, F = P x A.

33

s vezes a rea no pode ser expressa em polegadas quadradas. Se ela uma superfcie

retangular, a rea pode ser achada multiplicando-se o comprimento (em metros ou

polegadas) pela largura (em metros ou polegadas). A maioria das reas consideradas nestes

clculos circular.

Tanto o dimetro como o raio (metade do dimetro) pode ser dado. O raio em polegadas

deve ser conhecido para achar a rea. Ento, a frmula para achar a rea de um crculo

usada.

Ela escrita A = r, onde A a rea, 3,1416 (3,14 ou 3 1/7 para a maioria dos

clculos), e r indica raio ao quadrado.


Presso e Fora em um Fluido num Sistema de Potncia

De acordo com a lei de Pascal, alguma fora aplicada para um fluido preso transmitida,

igualmente, em todas as direes e, por todas as partes atravs do fluido independente da

forma do recipiente. O efeito disto est no sistema mostrado na figura 7-14, que uma

modificao de "B" da figura 7-9. A coluna do fluido curvada para cima para o seu nvel

original, com um segundo pisto neste ponto.

Est claro que quando o pisto entra (1) empurrado para baixo, a presso gerada atravs

do fluido, o qual age igualmente em ngulos retos para as superfcies em todas as partes do

recipiente.

Referente figura 7-14, se a fora (1) 100 libras e a rea do pisto de 10 polegadas

quadradas, ento a presso no fluido 10 p.s.i. (100/10). Esta presso age no pisto (2),

para que cada polegada quadrada da sua rea seja empurrada para cima, com a fora de 10

libras. Neste caso, uma coluna de fluido de seo uniforme considerada, de modo que a

rea do pisto de sada (2) a mesma que a do pisto de entrada (1), ou 10 polegadas

quadradas. Ento, a fora para cima, no pisto de sada (2) de 100 libras, a mesma que

34

aplicada no pisto de entrada (1). Tudo que se executou neste sistema foi para transmitir a

fora de 100 libras ao redor de uma curva.


Figura 7-14 Fora transmitida atravs dos fluidos.


Figura 7-15 Transmitindo fora atravs de um pequeno tubo.

35

Entretanto, este princpio fundamenta praticamente toda aplicao mecnica da potncia

do fluido.

Este detalhe deve ser observado, pois a lei de Pascal independente da forma do

recipiente, no sendo necessrio que o tubo que conecta os dois pistes tenha a mesma

rea dos pistes.

Uma conexo de qualquer tamanho, forma ou comprimento, far o controle se a passagem

no estiver obstruda. Da, o sistema mostrado na figura 7-15, no qual um pequeno tubo

em curva conecta os dois cilindros, que agiro exatamente da mesma maneira, como

mostrado na figura 7-14.

Multiplicao de Foras

Nas figuras 7-14 e 7-15, os sistemas contm pistes de rea iguais, os quais a fora de sada

igual fora de entrada.

Considerando-se a situao na figura 7-16, onde o pisto de entrada muito menor que o

pisto de sada.

Suponhamos que a rea do pisto (1) de entrada seja de 2 polegadas quadradas.

Empurrando o pisto (1) com uma fora de 20 libras, produziremos 10 p.s.i. (20/2) no

fluido.

Embora esta fora seja muito menor do que a fora aplicada nas figuras 7-14 e 7-15, a

presso a mesma. Isto porque a fora est concentrada numa rea relativamente

pequena.

Esta presso de 10 p.s.i. age em todas as partes do fluido no recipiente, incluindo a base do

pisto (2) de sada.

A fora para cima, no pisto (2) de sada , portanto, 10 libras para cada 20 polegadas

quadradas de rea, ou 200 libras (10 x 20).

Neste caso, a fora original foi multiplicada por dez, enquanto a mesma presso usada no

fluido anterior.

Obviamente, o sistema trabalhar da mesma maneira para outras foras e presses. Assim,

a razo da fora de sada para a fora de entrada sempre a mesma.

O sistema trabalha da mesma forma, na situao contrria.

Considerando o pisto (2) na figura 7-16 como de entrada, e o pisto (1) como o de sada,

vemos que a fora de sada ser sempre 1/10 da fora de entrada. s vezes tais resultados

so desejados.

36


Figura 7-16 Multiplicao de foras.

Ento, se dois pistes so usados em um fluido num sistema de potncia, a fora que atua

em cada um diretamente proporcional a sua rea e a magnitude de cada fora o produto

da presso pela sua rea.

reas Diferenciais

Eis a situao especial mostrada na figura 7-17. Aqui, um pisto individual em um cilindro

tem uma haste ligada a um dos lados do pisto, ela se estende para fora do cilindro em uma

extremidade. O fluido sob presso entra para ambas as extremidades do cilindro, atravs de

tubos. As duas faces do pisto permanecem como se dois pistes estivessem agindo um

contra o outro.

A rea de uma das faces a rea completa do cilindro, por exemplo, 6 polegadas quadradas.

A rea da outra face a rea do cilindro menos a rea da haste do pisto a qual de 2

polegadas na face direita do pisto. A presso em ambas as faces a mesma, neste caso, 20

p.s.i. Aplicando a regra j estabelecida, a fora empurrando o pisto para a direita, a sua

rea vezes a presso, ou 120 libras (20 x 6). Similarmente, a fora empurrando-o para a

esquerda, a sua rea vezes a presso, ou 80 libras.

Ento existe uma fora desequilibrada de 40 libras agindo para a direita e o pisto se

mover naquela direo. O efeito resultante o mesmo como se o pisto e o cilindro

37

fossem do mesmo tamanho da haste do pisto, desde que todas as outras foras estejam

em equilbrio.

Fatores de Volume e Distncia

No sistema ilustrado nas figuras 7-14 e 7-15, os pistes tm reas de 10 polegadas

quadradas cada. Ento, se um destes pistes empurrado 1 polegada, 10 cu. in. de fluido

sero deslocadas.

Desde que o lquido seja realmente incompressvel, este volume deve ir para algum lugar.

No caso de um gs, ele se comprimir momentaneamente, mas se expandir eventualmente

para seu volume original.

Assim, este volume se move para o outro pisto. Visto que a rea deste pisto tambm de

10 polegadas quadradas, ele se mover 1 polegada com o fim de acomodar as 10 cu. in. do

fluido.


Figura 7-17 reas diferenciais em um pisto.

Os pistes so de reas iguais e, portanto, se movero distncias iguais, embora em

direes opostas.

Aplicando-se esse raciocnio para o sistema na figura 7-16, bvio que se o pisto (1) de

entrada empurrado 1 polegada, somente 2 cu. in. do fluido sero deslocadas.

Com o propsito de acomodar estas 2 cu. in. do fluido, o pisto (2) de sada ter que se

mover somente 1/10 de uma polegada porque sua rea 10 vezes daquela do pisto (1) de

entrada.

38

Isto nos leva para a segunda regra bsica para dois pistes no mesmo sistema de potncia

de fluido, de que, as distancias percorridas so inversamente proporcionais as suas reas.


Figura 7-18 Efeitos da presso atmosfrica.

Efeitos da Presso Atmosfrica

A presso atmosfrica, descrita anteriormente obedece, a lei de Pascal, igual ao estabelecido

para presso nos fluidos. Como ilustrado na figura 7-14, presses devidas para uma cabea

de lquido so distribudas igualmente em todas as direes. Isto tambm verdadeiro para

a presso atmosfrica. A situao a mesma se essas presses agirem de lados opostos de

alguma superfcie, ou atravs de fluidos. Em "A" na figura 7-18 uma folha de papel

suspensa no puxada pela presso atmosfrica, como ela seria por uma fora

desequilibrada, devido presso atmosfrica atuar igualmente em ambos os lados do papel.

Em "B" da figura 7-18, a presso atmosfrica atuando na superfcie de um lquido

transmitida igualmente atravs do liquido para as paredes do recipiente, mas equilibrada

39

pela mesma presso, atuando diretamente no exterior das paredes do recipiente. Em "C" da

figura 7-18, presso atmosfrica atuando na superfcie de um pisto equilibrada pela

mesma presso atuando na superfcie do outro. As diferenas de reas de duas superfcies

no fazem diferena, desde que para uma unidade de rea, as presses estejam equilibradas.

Princpio de Bernoulli

O princpio de Bernoulli foi originalmente estabelecido para explicar a ao de um lquido

fluindo atravs de tubos de reas de corte seccional diferentes.

Na figura 7-19 um tubo mostrado com o corte seccional diminuindo gradualmente a rea

para um dimetro mnimo na sua seo central. Um tubo construdo desta forma

chamado um "Venturi" ou "Tubo de Venturi".

Quando um lquido (fluido) flui atravs do tubo de Venturi, os trs tubos verticais agem

como indicadores de presso, enchendo com lquido at que a presso deste em cada tubo

se iguale presso do liquido movendo-se no Venturi.

O Venturi na figura 7-19 pode ser usado para ilustrar o princpio de Bernoulli, o qual

estabelece que a presso de um fluido (lquido ou gs) diminui no ponto onde a velocidade

do fluido aumenta. Na seo larga do Venturi (pontos "A" e "C" da figura 7-19), o lquido

se move a baixa velocidade, produzindo uma alta presso, como indicado pela altura do

lquido nos tubos verticais nestes dois pontos. A parte central do tubo, mais estreita, deve

conter o mesmo volume de fluido das duas reas extremas.

Nesta seo estreita, o lquido se move em alta velocidade, produzindo uma presso menor

que nos pontos "A" e "C", como indicado pela altura da coluna do lquido no tubo vertical

acima do ponto "B" da figura 7-19.


Figura 7-19 Presses e velocidades em um tubo de Venturi.

40

O princpio de Venturi, em diversas formas e medidas, usado em sistemas de aeronaves.

Eles podem ser aplicados como restries ou orifcios. Por exemplo, como orifcio

geralmente instalado em uma linha hidrulica para limitar a velocidade do fluxo do fluido.

O trem de pouso de uma aeronave operado hidraulicamente, quando comandado para

baixar, tender a descer com uma boa velocidade devido ao peso dos mecanismos. Se uma

restrio for instalada na linha de retorno hidrulico a extenso do trem ser mais lenta,

evitando desta forma, um possvel dano estrutural.

1.8 ATMOSFERA

Geral

A aviao quase to dependente dessa categoria de fluidos chamada gases e do efeito de

foras e presso agindo sobre esses gases, que uma discusso sobre o tema atmosfera

importante para as pessoas da manuteno e reparo de aeronaves.

Dados disponveis sobre a atmosfera podem determinar se um voo ter xito ou se ele

ficar no solo. Os vrios componentes do ar em volta da terra, as mudanas na temperatura

e presso em diferentes nveis acima da terra, as peculiaridades do tempo encontradas pela

aeronave no voo e muitos outros dados detalhados so considerados pela aeronave no voo

e muitos outros dados detalhados so considerados na preparao do plano de voo.

Pascall e Torricelli pesquisaram com desenvolvimento o barmetro e os instrumentos para

medir a presso atmosfrica. Os resultados de seus experimentos continuam sendo usados

hoje com poucas melhorias no projeto ou no conhecimento. Eles determinam que o ar tem

peso, o qual varia quando a altitude mudada com relao ao nvel do mar. Cientistas

atuais tambm esto interessados em como a atmosfera afeta a performance da aeronave e

seus equipamentos.

Composio da Atmosfera

A atmosfera uma mistura complexa e em constante mudana. Seus ingredientes variam de

local para local e de dia para dia. Alm dos inmeros gases, ela contm matrias estranhas

como plen, poeira, bactrias, fuligem, cinza de vulco, esporos e poeira do espao

exterior.

41

A composio do ar permanece quase constante desde o nvel do mar at seu mais alto

nvel, mas sua densidade diminui rapidamente com a altitude. A seis milhas acima, por

exemplo, ele muito rarefeito para se manter a respirao e 12 milhas acima no existe

oxignio bastante para suportar a combusto.

O oznio filtra uma poro dos raios letais ultravioleta, permitindo somente a passagem

bastante para dar um bronzeado ao homem, matando bactrias e prevenindo o raquitismo.

Estudos de atmosfera tm revelado que a temperatura no diminui uniformemente com o

aumento da altitude, ao contrrio, ela obtm um frio constante em alturas de 7 milhas,

onde a razo de mudana da temperatura diminui abruptamente e fica quase constante em

-55C (218K) a cerca de 20 milhas. Abaixo segue um trfico que demostra a variao da

temperatura x altitude.

Fonte: www.portalsaofrancisco.com.br

A atmosfera est dividida em cinco concntricas camadas ou nveis. A transio entre estes

nveis gradual e sem definio de limites severos.

42

Fonte: professor buriti.blogspot.com

Para melhor explicao, as cinco camadas so: troposfera, estratosfera, mesosfera,

termosfera e exosfera.

Troposfera - a camada mais baixa da atmosfera, estende-se at cerca de 15 km de

altitude. nessa camada que ocorre a maioria dos fenmenos atmosfricos.

Estratosfera - vai da troposfera at cerca de 50 km de altitude. Nela, aproximadamente a

22 km de altitude, encontra-se a camada de gs oznio (O), responsvel pela filtrao dos

raios ultravioleta emitidos pelo Sol.

Mesosfera - se estende da estratosfera at aproximadamente 80 km. a camada da

atmosfera com as temperaturas mais baixas (pode chegar a - 90C).

Termosfera - vai da mesosfera at cerca de 500 km de altitude. uma camada muito

importante para a comunicao humana, porque contm grande quantidade de gases

ionizados que refletem alguns tipos de ondas de rdio.

Exosfera - ltima das camadas atmosfricas, a exosfera se estende da termosfera at o

espao exterior. a camada na qual, em geral, posicionam-se os satlites artificiais.

43

A troposfera vai desde a superfcie da terra at 35.000 ps nas mdias latitudes, mas varia

de 28.000 ps nos polos at 54.000 ps no equador. A troposfera caracterizada por uma

grande mudana de temperatura e umidade e, geralmente, por condies de turbulncia.

Quase todas as formaes de nuvens esto dentro da troposfera e no limiar desta camada

que voam normalmente os avies comerciais a reao.

Aproximadamente 3/4 do total de peso da atmosfera est dentro da troposfera.

Presso Atmosfrica

O corpo humano est sob presso devido massa de ar que o engloba. Esta presso se

deve ao peso da atmosfera. A presso que a atmosfera aplica em uma polegada quadrada de

rea, igual ao peso de uma coluna de ar de uma polegada quadrada no corte seccional, o

qual se estende desde essa rea at a rea superior da atmosfera.

Desde que a presso atmosfrica, em alguma altitude, devido ao peso do ar sobre ela, a

presso diminui com o aumento da altitude.


A presso atmosfrica , frequentemente, medida por um barmetro de mercrio, que

um tubo de vidro com cerca de 30 polegadas de comprimento, selado em uma das

extremidades e enchido com mercrio (Hg.). Ele ento invertido e a abertura da

extremidade colocada em um prato de mercrio. Imediatamente, o nvel de mercrio no

tubo invertido diminui uma pequena distncia, deixando um pequeno volume de vapor de

mercrio, prximo do zero absoluto de presso no tubo, acima do nvel mximo do lquido

da coluna de mercrio.

44

A presso atuando por cima da extremidade do tubo, sobre o nvel de mercrio no prato

a presso atmosfrica. A presso, atuando embaixo, no mesmo ponto, o peso da coluna

de mercrio. Ento, a altura da coluna de mercrio indica a presso exercida pela

atmosfera.

Este meio de medio da presso atmosfrica, d lugar prtica de expressar a presso

atmosfrica em polegadas de mercrio (in. Hg), melhor do que em libras por polegada

quadrada (p.s.i.). Pode ser visto, entretanto, que um simples relacionamento existe entre a

presso medida em P.S.I. e em polegadas Hg. Uma polegada cbica de mercrio pesa 0,491

libras. Portanto, a presso de 30 polegadas de mercrio ser equivalente a:

0,491 x 30 = 14,73 p.s.i.


Uma segunda maneira de medir a presso atmosfrica com um barmetro aneroide. Este

instrumento mecnico pode ser usado em avies muito mais adequadamente do que o

barmetro de mercrio. Barmetros aneroides (altmetros) so usados para indicar a

altitude do voo.

45

Fonte: www.free-online-private-pilot-ground-school.com

Fonte: www.free-online-private-pilot-ground-school.com

As calibragens so feitas em milhares de ps, melhor do que em p.s.i. Por exemplo, a

presso padro ao nvel do mar 29,92 polegadas de mercrio, ou 14,69 p.s.i. A 10.000 ps

acima do nvel do mar, a presso padro de 20,58 polegadas de mercrio ou 10,10 p.s.i.

Os altmetros so calibrados, de tal modo, que a presso de 20,58 in. Hg. exercida pela

atmosfera, causar a indicao de 10.000 ps.

Em outras palavras, o altmetro calibrado para indicar a altitude na qual a presso

atmosfrica predominante considerada presso padro. Assim, a altitude lida no altmetro,

sendo dependente da presso atmosfrica superior, chamada presso de altitude (Hp).

Realmente, um altmetro indicar a presso de altitude somente quando o ajuste do

altmetro estiver selecionado para 29,92 polegadas Hg.

46

Uma terceira expresso , ocasionalmente, usada para indicar a presso atmosfrica. A

presso atmosfrica pode ser expressa em atmosferas. Por exemplo, um teste pode ser

conduzido em um compartimento pressurizado abaixo da presso de seis atmosferas. Isto

simplesmente significa que a presso seis vezes maior do que a presso padro ao nvel

do mar.

Densidade Atmosfrica

Desde que, tanto a temperatura como a presso diminuem com a altitude, pode parecer

que a densidade da atmosfera permanecer mais ou menos constante com o aumento da

altitude. Isto no verdade para a presso que diminui mais rapidamente com o aumento

da altitude do que com o da temperatura. O resultado que a densidade diminui com o

aumento da altitude. No uso da lei geral dos gases, estudado anteriormente, pode-se

mostrar que para um gs em particular, presso e temperatura determinam a densidade.

Desde que o padro de presso e temperatura tem sido associado com cada altitude, a

densidade do ar deve tambm ser considerada padro. Ento, uma densidade atmosfrica

particular est associada com cada altitude. Isto d lugar expresso "densidade de

altitudes", simbolizada por Hd.

A densidade de altitude de 15.000 ps a altitude na qual a densidade a mesma que a

considerada padro para 15.000 ps. Relembre, entretanto, que a densidade de altitude no

necessariamente a altitude verdadeira. Por exemplo, em um dia onde a presso

atmosfrica mais elevada do que a padro e a temperatura mais baixa que a padro, a

densidade, a qual padro a 10.000 ps, pode ocorrer a 12.000 ps. Neste caso, em uma

altitude real de 12.000 ps, ns temos ar, que tem a mesma densidade do ar padro em

10.000 ps. Densidade de altitude uma altitude calculada, obtida pela correo da presso

de altitude pela temperatura.

A gua contida no ar tem um pequeno efeito na densidade dele. Deve ser lembrado que o

ar mido, a uma determinada temperatura e presso, mais leve do que o ar seco, na

mesma temperatura e presso.

gua Contida na Atmosfera

Na troposfera, raramente o ar completamente seco, nela o vapor de gua tem duas

formas: (1) neblina ou (2) vapor de gua. A neblina consiste de diminutos pingos de gua

47

em suspenso no ar. As nuvens so compostas de neblina. A altura para a qual algumas

nuvens se estendem, uma boa indicao da presena de gua na atmosfera,

aproximadamente acima da estratosfera.

Como resultado da evaporao, a atmosfera s vezes contm algumas misturas em forma

de vapor de gua. A mistura chamada de umidade do ar. A mistura no consiste de

minsculas partculas de lquidos mantidos em suspenso no ar, como no caso da neblina,

mas um vapor verdadeiramente invisvel como o gs no ar.

Tanto a neblina como a umidade afeta o desempenho de uma aeronave. Em voo, durante a

potncia de cruzeiro, os efeitos so pequenos, no merecendo considerao. No entanto,

durante a decolagem, a umidade tem um importante efeito, que pode ser compensado de

duas maneiras. Como o ar mido menos denso do que o ar seco, o peso de decolagem

previsto para uma aeronave, deve ser reduzido para a operao em reas de umidade

constante.

Como a sada de potncia dos motores convencionais diminuda pela umidade, a presso

de admisso ter que ser aumentada para um valor acima do que recomendado, para se

obter a mesma potncia de sada, em uma decolagem sob condies de umidade, porque a

potncia fornecida por um motor calculada para condies de ar seco.

Uma vez que o vapor de gua incombustvel, sua presso na atmosfera em nada contribui

para a potncia de sada. A mistura do vapor de gua e ar sugada pelo carburador e o

combustvel medido por ele, como se aquela mistura fosse somente de ar.

A mistura sada do carburador composta de vapor de gua, ar e combustvel entra na

cmara de combusto onde queimada. Como o vapor de gua no ser queimado, a

relao efetiva combustvel/ar estar enriquecida e o motor ir operar como se ele estivesse

com uma mistura excessivamente rica.

A perda de potncia resultante, sob condies de umidade, pode ser atribuda perda de

eficincia volumtrica devido ao ar deslocado e a combusto incompleta, devido a mistura

combustvel/ar excessivamente rica.

A reduo na potncia, que pode ser esperada da umidade, usualmente fornecida em

tabelas contidas no Manual de voo. Existem vrios tipos de cartas em uso, sendo que

algumas apenas apresentam a esperada reduo da potncia devido umidade. Outras

mostram o reforo necessrio na presso de admisso, para restabelecer a potncia de

decolagem.

O efeito da neblina no desempenho de um motor muito perceptvel, particularmente em

motores de alta razo de compresso. Normalmente alguma detonao ocorrer durante a

48

acelerao, devido alta BMEP (Presso Mdia Efetiva no Freio) desenvolvida. No

entanto, em um dia de muita neblina, muito difcil a ocorrncia da detonao.

A explicao deste fato que, sendo a neblina composta por partculas de gua no

vaporizadas, quando essas partculas entram nos cilindros elas absorvem uma tremenda

quantidade de energia calorfica no processo de evaporao. A temperatura , ento,

reduzida o suficiente para evitar a detonao.

A neblina geralmente causar uma diminuio na potncia de sada. Entretanto, nos

motores com super compresso, ser possvel usar alta presso de admisso sem o perigo

da detonao.

Umidade Absoluta

Umidade absoluta a quantidade real de vapor de gua em uma mistura de ar e gua. Ela ,

algumas vezes, expressa em gramas por metro cbico (g./cu.m.) e outras vezes em libras

por p cbico (lbs/cu.ft.).

A quantidade de vapor de gua que pode estar presente no ar, depende da temperatura e da

presso.

A mais alta temperatura e a maior quantidade de vapor de gua que o ar capaz de manter,

assumindo uma presso constante. Quando o ar tem todo o vapor de gua que ele pode

manter a uma determinada temperatura e presso, ele considerado ar saturado.

Umidade Relativa

Umidade relativa a razo da quantidade de vapor de gua realmente presente na

atmosfera, para a quantidade que deveria apresentar se o ar estivesse saturado, a uma

determinada temperatura e presso. Essa razo , normalmente, multiplicada por 100 e

expressa como uma porcentagem. Suponhamos, por exemplo, que uma previso do tempo

informe que a temperatura de 75F e a umidade relativa do ar de 56%. Isto indica que o

ar mantm 56% de vapor de gua necessrios para satur-lo a 75F. Se a temperatura baixar

e a umidade absoluta permanecer constante, a umidade relativa aumentar. Isto acontece,

porque menos vapor de gua necessrio para saturar o ar na temperatura mais baixa.

49

Fonte: www.grx.com.br

Figura 7-20 Termmetro de bulbo molhado.

1.9 PONTO DE ORVALHO

O ponto de orvalho a temperatura para a qual o ar mido deve ser resfriado, a uma

constante presso, para tornar-se saturado. Se a temperatura cai abaixo do ponto de

orvalho acontece a condensao.

Pessoas que usam culos j tiveram a experincia, ao sarem do frio para uma sala aquecida,

de terem umidade coletada rapidamente nos seus culos. Isto aconteceu, porque os culos

estavam abaixo do ponto de orvalho para a temperatura de ar dentro da sala. O ar em

contato com os culos foi imediatamente resfriado para uma temperatura abaixo do ponto

de orvalho e algum vapor de gua foi condensado por fora. Este princpio aplicado na

determinao do ponto de orvalho. Um recipiente resfriado at que o vapor da gua

comece a condensar na sua superfcie.

A temperatura na qual isto ocorre, o ponto de orvalho.

Presso de Vapor

A presso de vapor a poro da presso atmosfrica que exercida pela umidade do ar

(expressa em dcimos de uma polegada de mercrio). O ponto de orvalho para uma

determinada condio depende da quantidade de presso de gua presente. Por

50

conseguinte, existe um relacionamento direto entre a presso de vapor e o ponto de

orvalho.

Temperatura de Bulbo Seco e de Bulbo Molhado

A presso de vapor e a umidade podem ser determinadas por tabelas baseadas na

temperatura de bulbo seco e na de bulbo molhado (fig 7-20). A temperatura de bulbo seco

obtida por meio de um termmetro comum. A temperatura de bulbo molhado obtida

de um termmetro que tem o seu bulbo coberto com uma fina pea de tecido molhado.

Devido evaporao da umidade, o bulbo molhado indicar uma temperatura mais baixa

do que a do bulbo seco. Quanto mais rpida for evaporao, maior ser a diferena na

leitura. A razo de evaporao depende do grau de saturao do ar. Ao usar o termmetro

de bulbo molhado, ele dever ser movimentado atravs do ar a uma razo de

aproximadamente 1.200 ps por minuto para uma leitura correta. Isto pode ser executado,

montando-se ambos os termmetros, o de bulbo molhado e o de bulbo seco, em uma

moldura, a qual dever ser girada com a mo em torno de um eixo, at que a desejvel

velocidade de 1.200 ps por minuto seja alcanada.

Se o ar estiver saturado, nenhuma evaporao acontecer e as temperaturas dos bulbos

secos e molhados sero as mesmas. Assim, essas duas temperaturas coincidiro com o

ponto de orvalho.

Leis Fsicas Relativas Atmosfera

Apesar de o ar ser um composto de vrios gases e ter que ser considerado como uma

mistura para certas finalidades, para os clculos de aerodinmica ele considerado como

um gs uniforme.

O ar um fluido, uma vez que ele tem a propriedade de fluir e tambm um gs, porque

sua densidade rapidamente varivel.

Como usual em trabalhos de engenharia, so feitas certas suposies simplificadas. Uma

suposio considerada padro a que no ar seco no existe vapor de gua presente.

As tabelas de voo e decolagem podem ser corrigidas para a presso de vapor, mas o voo

subsnico no considera a presso de vapor como um fator importante. Outra suposio

padro que o atrito ou "efeito da viscosidade" pode ser negligenciado quando se trata de

fluxo de ar.

51

O ar ento, considerado como sendo um fluido perfeito. No entanto, algumas excesses

podem ser feitas, particularmente, no caso da fina camada limite, do lento movimento do ar

prximo a um corpo em movimento.

Teoria Cintica dos Gases Aplicada ao Ar

A teoria cintica estabelece que um gs composto de pequenas e diferentes partculas

chamadas molculas. O tamanho das molculas pequeno, comparado com a distncia

mdia entre elas.

Alm disso, as molculas esto se movendo a uma alta razo de velocidade, sem direo

definida e, devido a isso, elas esto constantemente colidindo umas com as outras e com as

paredes do recipiente em que esto contidas.

A presso produzida por um gs o resultado desses contnuos impactos de encontro

superfcie e, como os impactos so essencialmente em nmero infinito, uma constante

presso efetuada.

Logo que a presso produzida pelo impacto das molculas contra a superfcie, ela

tambm transmitida pelo impacto molecular. Supondo que as molculas so

perfeitamente elsticas (que nenhum atrito existe entre elas), uma onda de presso, uma vez

iniciada, continuar indefinidamente.

Para a maioria das finalidades, essa teoria adequada. Entretanto ela no completamente

correta.

Por exemplo, o som representa uma srie de fracas ondas de presso, para as quais o

ouvido sensvel. Se a energia que o som representa no for perdida, o som continuar

indefinidamente.

Desse modo ento, a elasticidade imperfeita pode ser, de algum modo, associada com o

atrito dos fluidos ou viscosidade, uma vez que a presena da viscosidade tambm uma

fonte de perda de energia.

Com base na teoria cintica, a presso pode ser aumentada de duas maneiras: a primeira,

aumentando o nmero de molculas em um determinado espao, o que o mesmo que

aumentar a densidade. A segunda, pelo aumento da velocidade das molculas, que pode ser

feito pelo aumento da temperatura, pois o aumento da temperatura produz um aumento na

velocidade molecular.

52

Uma anlise da teoria cintica nos leva a um relacionamento definido entre a temperatura,

presso e densidade de um gs, quando este gs est sujeito a um determinado conjunto de

condies.

Este relacionamento conhecido como equao de estado.

Equao de Estado

Com a condio de que a temperatura e a presso de um gs no so excessivamente

diferentes daquelas normalmente experimentadas na superfcie da terra, a seguinte equao

verdadeira:

PV = RT

Onde: P = presso em lbs./sq.ft.

V = volume especfico

R = uma constante para um determinado gs (para o ar R = 53,345).

T = temperatura absoluta (Rankine = F. + 459,4)

Se a temperatura e a presso so aquelas em que o gs se torna um lquido ou se a presso

cai para aquele valor em que no exista igualdade de presso, a equao perder a validade.

Na prtica de trabalhos aeronuticos, esses extremos so encontrados somente em um

supersnico tnel de vento ou em camadas externas da atmosfera. Esta frmula deve ser,

alm disso, melhorada para a engenharia prtica, pela introduo da densidade do ar.

Atmosfera Padro

Se o desempenho de uma aeronave for computado ou atravs de testes de voo ou testes no

tnel de vento, alguns padres de referncia devem ser determinados em primeiro lugar,

para que possam ser comparados os resultados com aqueles de testes semelhantes.

As condies atmosfricas variam continuamente e, geralmente, no possvel obter-se

exatamente as mesmas condies em dois dias diferentes, ou semelhana em dois voos

sucessivos.

Consequentemente, deve ser estabelecido um grupo de condies padro, que pode ser

usado arbitrariamente como referncia.

O conjunto de condies padro atualmente usado nos Estados Unidos da Amrica

conhecido como "U.S. Standard Atmosphere".

53

A atmosfera padro aproxima-se das condies mdias existentes a 40 de latitude e

determinado baseado nos seguintes dados.

As condies padro ao nvel do mar so:

Presso na altitude zero (Po) = 29,92 polegadas de mercrio.

Temperatura na altitude zero (To) = 15C. = 59 F.

Gravidade na altitude zero (Go) = 32,174 ps/segundo quadrado.

O U.S. Standard Atmosphere tem um acordo com a Organizao da Aviao Civil

Internacional (ICAO) diviso de Standard Atmosfere, sobre os seus comuns limites de

altitude. A atmosfera padro da ICAO foi adotada como padro pela maioria das principais

naes do mundo.

Variaes do Dia Padro

Como pode ser esperado, a temperatura, presso, densidade e contedo de vapor de gua

do ar, varia consideravelmente na troposfera. A temperatura a 40 de latitude pode alcanar

de 50C em baixas altitudes, durante o vero, a 70C a grandes altitudes, durante o inverno.

Conforme estabelecido anteriormente, a temperatura usualmente diminui com o aumento

da altitude. As excees dessa regra ocorrem quando o ar frio fica preso prximo da terra,

por uma camada aquecida. Isso chamado de inverso da temperatura, comumente

associada com um movimento frontal das massas de ar.

A presso tambm varia em um determinado ponto da atmosfera.

Em um dia padro, ao nvel do mar, a presso ser 29,92 polegadas de mercrio (in Hg).

Nos dias fora das condies padro, a presso ao nvel do mar variar consideravelmente,

acima ou abaixo desse valor.

A densidade do ar determinada pela presso e temperatura atuando sobre ela. Uma vez

que a atmosfera nunca pode ser considerada "padro", um mtodo conveniente de calcular

a densidade foi idealizado.

Uma vez que a presso medida em termos inconvenientes, como recurso deve-se utilizar

o altmetro aneroide como um indicador e referncia para o termo "presso de altitude"

no lugar de presso atmosfrica.

54

Presso de Altitude

Presso de altitude a altitude na atmosfera padro correspondente a um particular valor

de presso do ar.

O altmetro da aeronave , essencialmente, um barmetro sensitivo, calibrado para indicar a

altitude em uma atmosfera padro.

Com o altmetro da aeronave selecionado para 29,92 in, Hg, o mostrador indicar o

nmero de ps acima ou abaixo do nvel, onde existe 29,92 in. Hg, no sendo

necessariamente acima ou abaixo do nvel do mar, a menos que existam as condies de

um dia padro. Em geral, o altmetro indicar a altitude na qual a presso existente ser

considerada presso padro. O smbolo Hp usado para indicar presso de altitude.

1.10 PRINCPIO DE BERNOULLI

Geral

Em uma discusso anterior sobre fluidos, o princpio de Bernoulli foi introduzido para

explicar o relacionamento entre a velocidade e a presso de um lquido fluindo atravs de

um venturi.

Desde que o princpio de Bernoulli se aplica aos fluidos, que pela definio inclui gases e

lquidos, sua aplicao aos gases (ar) est includa neste ponto da explanao sobre o

relacionamento entre a velocidade do ar e a presso na superfcie de um aeroflio.

Como Uma Asa de Aeronave Reage com a Atmosfera

Um aeroflio qualquer superfcie projetada para obter reao do ar, atravs do qual ele se

movimenta. Asas, ailerons, profundores, estabilizadores, ps de hlice e rotores de

helicpteros, todos so aeroflios.

A reao para a qual as asas so projetadas chamada de sustentao. A asa produz

sustentao por causa de uma diferena de presso e com o aumento desta diferena, maior

sustentao ser desenvolvida.

Se a presso de ar sobre a asa for a mesma que a sob a asa, no haver sustentao. Mas se

a presso sobre a asa reduzida e a sob a asa for aumentada, ento a sustentao ser

produzida.

55

A forte presso de ar sob a asa a move para cima de encontro fraca presso sobre a asa.

Portanto, o que causa essas presses desiguais?

Um exame do formato de uma asa de aeronave revela que ela foi projetada para criar uma

diferena de presso. Se uma asa for cortada, do bordo de ataque para o bordo de fuga, a

viso final do corte ser um perfil com a seo semelhante ao mostrado na figura 7-21. A

parte dianteira do perfil do aeroflio arredondada e chamada de bordo de ataque. A

parte traseira, estreita e afilada, chamada de bordo de fuga.

Uma linha de referncia, frequentemente usada em discusses sobre aeroflio, a corda,

uma linha reta imaginria unindo as extremidades do bordo de ataque ao de fuga. A

superfcie curva da parte superior do aeroflio chamada de "cambra". A superfcie

inferior normalmente reta ou ligeiramente curvada.


Figura 7-21 Seco de um aeroflio.

Um aeroflio muito semelhante ao formato da metade de uma seo de venturi. Em "A"

da figura 7-22, a garganta ou poro restrita de um venturi est ilustrada.

O fluxo do ar atravs do venturi indicado pelas linhas de fluxo. Em "B" da figura 7-22, a

metade de uma restrio do venturi mostrada, junto com o fluxo de ar sobre a sua

superfcie curva. Observamos que esta poro de um venturi tem o mesmo perfil de um

aeroflio.


Figura 7-22 Fluxo de ar nas sees de um Venturi.

56

Para entender como a sustentao produzida pelas asas de uma aeronave, o princpio de

Bernoulli aplicado para um aeroflio. Esse princpio revela que a presso do fluido

(lquido ou gs), diminui nos pontos onde a velocidade do fluido aumenta. Em outras

palavras, a alta velocidade est associada com a baixa presso e a baixa velocidade com a

alta presso. A asa ou aeroflio de uma aeronave projetada para aumentar a velocidade do

fluxo de ar sobre a sua superfcie, diminuindo por isso, a presso sobre o aeroflio.

Simultaneamente, o impacto do ar na superfcie inferior do aeroflio, aumenta a presso

por baixo dele. Esta combinao da diminuio da presso sobre o aeroflio e aumento

por baixo dele, produz a sustentao.

1.11 MQUINAS

Geral

Vulgarmente, uma mquina imaginada como um dispositivo complexo, tal como um

motor de combusto interna ou uma mquina de escrever.

Estas so mquinas, mas o so tambm, o martelo, a chave de fenda ou uma roda.

Uma mquina qualquer dispositivo com o qual pode ser realizado um trabalho. Mquinas

so usadas para transformar energia, como no caso de um gerador, transformando energia

mecnica em energia eltrica.

Fonte: www.corsateam.com.br

Gerador eltrico

Mquinas so usadas para transferir energia de um lugar para outro, como, por exemplo, as

hastes de ligao, eixos, e engrenagens de reduo, transferindo energia do motor da

aeronave para a sua hlice.

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Fonte: www.victorinfo.com.br

Engrenagens

Outro uso das mquinas na multiplicao de fora, por exemplo, um sistema de polias

pode ser usado para erguer uma carga pesada. O sistema de polias permite a elevao de

uma carga, exercendo uma fora bem menor do que o peso da carga.

Fonte: pt.wikipedia.org

Polias

Mquinas so tambm usadas para a multiplicao de velocidades. Um bom exemplo a

bicicleta, pela qual pode se ganhar velocidade, exercendo uma grande quantidade de fora.

Finalmente, as mquinas podem ser usadas para mudar a direo de uma fora.

Um exemplo deste uso o hasteamento de uma bandeira. Uma fora descendente de um

lado da corda exerce uma fora ascendente do outro lado, levando a bandeira na direo do

topo do mastro.

Existem somente seis mquinas simples. So elas: a alavanca, a polia, a roda e o eixo, o

plano inclinado, o parafuso e a engrenagem. Porm, os fsicos reconhecem somente dois

princpios bsicos em mquinas: a alavanca e o plano inclinado.

58

A roda e o eixo, a talha e o conjunto de polias e a engrenagem podem ser considerados

como alavancas.

A cunha e o parafuso usam o princpio do plano inclinado.

Um entendimento dos princpios das mquinas simples proporciona um fundamento

necessrio para o estudo das mquinas compostas, as quais so combinaes de duas ou

mais mquinas simples.

A Alavanca

A mquina mais simples e talvez a mais familiar, a alavanca. A gangorra um familiar

exemplo de alavanca, na qual um peso equilibra o outro.

Existem trs partes bsicas em todas as alavancas so elas: o apoio "F", a fora ou esforo

"E" e a resistncia "R".

Na figura 7-23, esto mostrados o ponto de pivotamento "F"(apoio), o esforo "E", o qual

est aplicado a uma distncia "A" do apoio e uma resistncia "R", que atua a uma distncia

"a" do apoio. As distncias "A" e "a" so os braos da alavanca.


Figura 7-23 Uma alavanca simples.

Classes de Alavancas

As trs classes de alavancas esto ilustradas na figura 7-24.

A localizao do apoio (o ponto fixo ou eixo) com relao resistncia (ou peso) e o

esforo determinam a classe da alavanca.

59


Figura 7-24 Trs classes de alavancas.

Alavancas de Primeira Classe

Nas alavancas de primeira classe ("A" da figura 7-24), o apoio est localizado entre o

esforo e a resistncia. Como mencionado anteriormente, a gangorra um bom exemplo

de alavanca de primeira classe. A quantidade de peso e a distncia do apoio podem ser

variadas para uma adaptao s necessidades. Outro bom exemplo so os remos de um

bote. O pescador na figura 7-25 aplica o seu esforo nos punhos dos remos. O apoio de

remo funciona como o apoio da alavanca e a gua atua como a resistncia a ser superada.


Figura 7-25 Os remos so alavancas.

60

Nesse caso, como em "A" da figura 7-24, a fora est aplicada em um lado do apoio e a

resistncia a ser superada est aplicada no lado oposto. Portanto esta uma alavanca de

primeira classe.

Alavancas, tesouras e alicates, so exemplos comuns dessa classe de alavancas.

Alavancas de Segunda Classe

A alavanca de segunda classe ("B" da figura 7-24) tem o apoio em uma das extremidades,

na outra, o esforo.

A resistncia, algumas vezes est entre esses pontos. O carrinho de mo, na figura 7-26,

um bom exemplo de uma alavanca de segunda classe.


Figura 7-26 Alavanca de segunda classe.

Tanto as alavancas de primeira como as de segunda classe so comumente usadas para

auxiliar e vencer grandes resistncias, com um esforo relativamente pequeno.

Alavancas de Terceira Classe

Existem ocasies em que desejvel acelerar o movimento da resistncia, mesmo quando

uma grande quantidade de esforo tenha que ser usada.

As alavancas que auxiliam na execuo disso so as de terceira classe.

61

Conforme mostrado em "C" da figura 7-24, o apoio est em uma das extremidades e o

peso ou resistncia a ser superado, na outra extremidade, com o esforo sendo aplicado em

algum ponto entre os dois.

As alavancas de terceira classe so facilmente reconhecidas, porque o esforo aplicado

entre o apoio e a resistncia. Isto est ilustrado pelo diagrama da figura 7-27.


Figura 7-27 Alavanca de terceira classe.

Enquanto o ponto "E" est se movimentando a uma pequena distncia "e", a resistncia

"R" movimenta uma grande distncia "r". A velocidade de "R" deve ser maior do que "E",

uma vez que "R" cobre uma distncia maior, no mesmo espao de tempo.

O brao humano (Figura 7-28) uma alavanca de 3 classe. A ao desta alavanca torna

possvel a rpida flexo dos braos.

Observamos que o cotovelo o ponto de apoio. Os biceps, os quais esto no antebrao,

abaixo do cotovelo, aplicam o esforo, enquanto a mo a resistncia.

As alavancas de 3 classe devem ser usadas para dar velocidade, ao invs de mover cargas

pesadas.


Figura 7-28 O brao uma alavanca de terceira classe.

62

As foras requeridas para operarem as mquinas, bem como as foras que elas exercem,

podem ser facilmente determinadas. Uma barra de ferro utilizada como alavanca de 1

classe na figura 7-29. A barra tem 9 (nove) ps de comprimento e est sendo usada para

levantar um peso de 300 (trezentas) libras. Um mximo de 100 libras est disponvel para

levantar o peso.


Figura 7-29 Calculando as foras em uma alavanca de primeira classe.

Se um ponto de apoio "F", est colocado a 2 (dois) ps do centro do peso, um

comprimento de 6 (seis) ps da barra, fica sendo o brao de fora. O comprimento de 6

(seis) ps 3 vezes mais longo que a distncia do ponto de apoio ao centro do peso. Com

um esforo de 100 libras de "E" o peso de 300 libras pode ser levantado, uma vez que o

comprimento do brao de esforo foi multiplicado 3 (trs) vezes. Este um exemplo do

relacionamento direto entre os comprimentos do brao da alavanca e a fora atuando neste

brao.

Esse relacionamento deve ser enunciado em termos gerais:

O comprimento do brao de esforo o mesmo nmero de vezes maior que o

comprimento do brao da resistncia, uma vez que a resistncia que foi vencida maior

que o esforo que deve ser aplicado.

A equao matemtica para este relacionamento :

Onde: L = Comprimento do brao da alavanca

l = distncia do brao da resistncia

R = Resistncia do peso ou fora

E = Fora de esforo

63

Devemos lembrar que todas as distncias devem estar na mesma unidade e todas as foras

tambm tm que ter as mesmas unidades.

Na figura 7-30 outro problema de alavanca de 1 classe ilustrado: levantar a tampa de

uma lata de tinta com uma barra de 6 (seis) polegadas, quando a fora mdia que segura a

tampa, possa ser de 50 libras.


Figura 7-30 Um problema de alavanca de primeira classe.

Se a distncia da borda da lata at a borda da tampa 1 (uma) polegada, que fora deve ser

aplicada extremidade da barra ?

De acordo com a frmula:

Aqui, L = 5 polegadas, l = 1 polegada;

R = 50 libras e E desconhecida.

Substituindo os nmeros nos seus devidos lugares, ento

A fora requerida de 10 libras.

A mesma frmula geral aplica-se para alavancas de 2 classe, mas importante medir os

comprimentos adequados do brao de esforo e do brao de resistncia. Referindo-se a

figura 7-26, os comprimentos das hastes do carrinho de mo, medidos a partir do eixo da

roda (que o ponto de apoio), at onde esto segurando (at o punho) de 4 ps. Este

brao de esforo de 4 (quatro) ps de comprimento. O centro da carga de areia est a 1

(um) p do eixo. Assim, o comprimento do brao da resistncia de 1 (um) p.

64

Substituindo na frmula:

Um problema de alavanca de 3 classe ilustrado na figura 7-28. Com uma das mos, um

peso de 10 libras deve ser levantado. Se o bceps est fixo ao brao, uma polegada abaixo

do cotovelo e a distncia do cotovelo at a palma da mo de 18 polegadas, que esforo

deve o msculo exercer para que segure o peso e flexione o brao at o cotovelo?

Substituindo a frmula:

O msculo deve exercer um esforo de 180 libras para segurar o peso de 10 libras. Isto

ilustra que o msculo, bceps, no foi projetado para levantamento ou puxo e tambm

ilustra que as alavancas de 3 classe devem ser usadas prima

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