Um avião de passageiros pesa muitas toneladas e, mesmo assim, fica no ar por horas. Não é mágica: é física. As asas empurram o ar para baixo e o ar empurra o avião para cima.
Neste artigo, você vai entender as quatro forças que agem sobre um avião, como a asa cria a sustentação e por que uma explicação muito repetida em livros e sites está errada.
O que faz um avião voar
Segundo o Centro de Pesquisa Glenn, da NASA, quatro forças agem sobre um avião em voo:
- Peso: puxa o avião para baixo, em direção ao centro da Terra.
- Sustentação: empurra o avião para cima. É criada principalmente pelas asas.
- Empuxo: empurra o avião para a frente. Vem dos motores.
- Arrasto: segura o avião para trás. É a resistência do ar.
Para voar, o avião precisa de sustentação suficiente para vencer o peso e de empuxo suficiente para vencer o arrasto.
O peso
O peso depende da massa do avião, do combustível e da carga: passageiros, bagagens e mercadorias. A NASA lembra que o peso muda durante o voo, porque o combustível vai sendo queimado. Por isso, o piloto precisa ajustar os controles o tempo todo para manter o avião equilibrado.
O empuxo
O empuxo vem do sistema de propulsão, como hélices ou motores a jato. Nos motores a jato, a NASA explica um detalhe que confunde muita gente: o gás quente sai pela parte de trás, e o avião é empurrado para a frente. É a terceira lei de Newton, a da ação e reação.
O arrasto
O arrasto é a resistência do ar ao movimento. Ele depende do formato do avião, da velocidade e da “viscosidade” do ar. Segundo a NASA, todas as partes do avião produzem arrasto, até os motores.
Onde a sustentação acontece
A sustentação é uma força mecânica. Ela só existe quando há contato entre um objeto e um fluido, como o ar ou a água, e quando há movimento entre os dois.
A NASA resume assim: sem ar, não há sustentação; sem movimento, também não. Por isso, as asas de um ônibus espacial não servem para nada no espaço, que é quase um vácuo.
Não importa quem se move. Pode ser o avião cortando o ar parado ou o vento passando por um objeto parado. É o caso da pipa: o vento bate nela e cria sustentação.
A sustentação explicada
Segundo a NASA, a sustentação aparece quando um objeto sólido desvia um fluxo de ar. A asa é inclinada e curvada de um jeito que desvia o ar para baixo. Pela terceira lei de Newton, se a asa empurra o ar para baixo, o ar empurra a asa para cima.
As duas superfícies da asa participam: a de cima e a de baixo.
Bernoulli ou Newton?
Existem duas formas famosas de explicar a sustentação:
- Pela pressão (Bernoulli): o ar muda de velocidade ao passar pela asa, e isso muda a pressão. A pressão em cima fica menor que embaixo, e a diferença empurra a asa para cima.
- Pelo desvio do ar (Newton): a asa desvia o ar para baixo e recebe uma reação para cima.
A NASA explica que as duas estão certas. São dois jeitos de descrever o mesmo fenômeno. Curiosamente, nem Newton nem Bernoulli tentaram explicar a sustentação de um avião. Os nomes são só rótulos para os dois lados da discussão.
O erro mais comum
A NASA lembra que muitas explicações encontradas em enciclopédias, livros de física e sites estão erradas. A mais popular diz o seguinte: a parte de cima da asa é mais comprida que a de baixo. O ar de cima precisa percorrer um caminho maior e “chegar ao mesmo tempo” que o ar de baixo, por isso anda mais rápido e cria pressão menor.
A NASA chama isso de teoria do “tempo de trânsito igual” e diz que ela está errada. Na prática, o ar de cima anda muito mais rápido do que essa teoria prevê. E não existe regra que obrigue o ar de cima e o de baixo a chegarem juntos.
A prova vem da história. As asas dos irmãos Wright eram placas finas e curvas, com o mesmo comprimento em cima e embaixo. Mesmo assim, geravam bastante sustentação.
Como o piloto controla a sustentação
A sustentação depende de vários fatores. Segundo a NASA, os principais são:
- a velocidade, que conta ao quadrado: dobrar a velocidade multiplica a sustentação por quatro;
- a área das asas;
- o formato da asa;
- a inclinação da asa em relação ao ar;
- as propriedades do ar, como a densidade.
A inclinação da asa em relação ao ar se chama ângulo de ataque. Na decolagem, o nariz do avião sobe, o ângulo de ataque aumenta e a asa gera a sustentação extra para sair do chão.
O que é o estol
Inclinar demais a asa não funciona. A NASA explica que, em ângulos muito altos, o ar deixa de acompanhar a superfície de cima da asa e se descola. A asa perde sustentação de repente. Esse fenômeno se chama estol.
O equilíbrio no cruzeiro
Depois da subida, o avião de passageiros entra no voo de cruzeiro, com velocidade constante.
Segundo a NASA, nessa fase as forças ficam quase equilibradas: a sustentação é igual ao peso, e o empuxo é igual ao arrasto. Quando o piloto acelera ou muda o ângulo de ataque, esse equilíbrio se desfaz, e o avião sobe, desce, acelera ou freia.
Outras curiosidades
- As asas fazem quase todo o trabalho: qualquer parte do avião pode gerar sustentação, mas a maior parte vem das asas.
- Pontas das asas: a diferença de pressão entre cima e embaixo cria redemoinhos nas pontas das asas. Isso aumenta o arrasto. Segundo a NASA, os aviões modernos usam as pontas dobradas para cima, os winglets, para diminuir esse efeito.
- Asas longas e finas: a NASA explica que asas compridas e estreitas geram menos arrasto causado pela sustentação.
- Explicação completa é difícil: para descrever a sustentação com detalhe, os engenheiros usam equações complexas, como as de Euler e de Navier-Stokes.
Perguntas frequentes
Como um avião consegue voar?
As asas desviam o ar para baixo e, em reação, o ar empurra o avião para cima. Essa força se chama sustentação. Os motores dão o empuxo que mantém o avião em movimento.
Quais são as quatro forças do voo?
Peso, sustentação, empuxo e arrasto.
É verdade que o ar de cima da asa precisa chegar junto com o de baixo?
Não. A NASA classifica essa ideia como uma teoria incorreta.
O que é estol?
É a perda repentina de sustentação quando a asa fica inclinada demais em relação ao ar.
Um avião consegue voar no espaço?
Não com as asas. Sem ar, não há sustentação.
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