Uso do princípio de Bernoulli na aviação
Autor: Danilo Ferreira Costa
120 anos após os Irmãos Orville e Wilbur Wright terem desenvolvido o Flyer I, que é reconhecido mundialmente como o primeiro avião e após a criação do 14-Bis por Santos Dumont, as pessoas ainda se perguntam como é que um objeto tão pesado e tão grande consegue voar. Não é atoa que essa invenção revolucionária do século XX é reivindicada por diferentes nações, tendo em vista os esforços realizados ao longo dos anos para que um veículo de grande porte sobrevoasse territórios em todo o mundo. Hoje, o avião é considerado o mais seguro entre os meios de transporte disponíveis. Porém, para que isso seja possível, o seu funcionamento é baseado em diferentes princípios físicos, entre eles o princípio de Bernoulli.
O suíço Daniel Bernoulli viveu no século XVIII, muitos anos antes da invenção do avião, mas propôs um princípio para o escoamento dos fluidos. Esse princípio define que se a velocidade das partículas de um fluido aumenta durante o escoamento, sua pressão interna deve diminuir, para um fluxo de corrente horizontal e que se essa velocidade diminui, a pressão interna deve aumentar. Ou seja, se um fluido for movido de uma seção de menor pressão para uma seção de maior pressão, ele será desacelerado. Esse teorema está correlacionado com o princípio de conservação da energia, pois é baseado no entendimento de que a soma das energias do fluido durante o escoamento permanece constante.
As asas de um avião são construídas com um formato curvo que propicia que a parte superior tenha um perímetro maior do que a parte inferior e faz com que haja uma assimetria com relação ao arqueamento do veículo, que é a linha média de curvatura. Sendo assim, quando o ar passa em alta velocidade pelas asas do avião, a velocidade com que ele percorre a parte de cima é maior do que a velocidade com que ele percorre a parte de baixo, visto que a distância percorrida em um dado tempo é maior na superfície superior. Com isso, a pressão exercida por esse fluido na superfície superior é menor e, desse modo, é gerada uma força de sustentação do ar de baixo para cima, que permite que a aeronave voe. Desse modo, o princípio de Bernoulli é essencial para o trabalho desenvolvido pelos engenheiros aeronáuticos.
A força de sustentação existente devido à diferença de pressão entre o intradorso e o extradorso é chamada de resultante aerodinâmica, que estabiliza o objeto e permite que os aviões sejam elevados, pois se contrapõe ao peso da aeronave. Essa relação entre a velocidade de um fluido de densidade ρ e a pressão exercida internamente por ele, em dois pontos de diferentes alturas, é dada pela equação de Bernoulli, que considera a energia de pressão, a energia cinética e a energia potencial do escoamento. Na aviação, a energia potencial não é considerada, pois há um fluxo horizontal da corrente de ar e, com isso, a equação de Bernoulli é reduzida. A energia cinética é chamada de pressão dinâmica, enquanto a energia de pressão é conhecida como pressão estática.
P1 + ½ ρv12 + ρgh1 = P2 + ½ ρv22 + ρgh2 (Equação de Bernoulli)
P1 + ½ ρv12 = P2 + ½ ρv22 (Equação de Bernoulli reduzida)
O princípio de Bernoulli é aplicado na aviação desde a década de 40, no período posterior à segunda guerra mundial e se mostra muito útil até hoje para a fabricação de objetos voadores cada vez mais pesados. Para utilizá-lo, entretanto, é preciso fazer algumas considerações sobre o escoamento do fluido: não viscoso, incompressível, ocorre em regime permanente e é unidimensional. Apesar de tantas considerações, esse princípio é aplicável e continua sendo fundamental para o desenvolvimento e sustentação de toneladas e toneladas de aviões. Quem poderia imaginar que em um século avançaríamos tanto?
Referências:
Acesso em 17/06/2023: https://www.confidencecambio.com.br/blog/historias-por-tras-da-construcao-do-primeiro-aviao-do-mundo/
https://pt.khanacademy.org/science/physics/fluids/fluid-dynamics/a/what-is-bernoullis-equation
https://pt.linkedin.com/pulse/teoria-essencial-princ%C3%ADpio-de-bernoulli-mateus-panaro-ayres
