A força de arrasto é a resistência que um fluido – quase sempre o ar, em contextos cotidianos – exerce sobre um objeto que se move através dele. Ele governa tudo, desde a economia de combustível de um carro em velocidade de rodovia até a velocidade terminal de um paraquedista, e depende de uma combinação simples da densidade do fluido, da velocidade do objeto, de seu formato e de sua área frontal.
Como funciona a calculadora de força de arrasto
A calculadora usa F = ½ρv²CdA, a equação de arrasto quadrática padrão para fluxo aerodinâmico (regime inercial). O termo ½ρv² é pressão dinâmica - a densidade de energia cinética do ar em movimento - e Cd × A reduz essa pressão até a força que a forma e o tamanho específicos do objeto realmente experimentam.
Esta equação é um modelo empírico, não uma derivação de primeiros princípios: Cd é medido experimentalmente (em túneis de vento ou por meio de dinâmica de fluidos computacional) para cada forma, uma vez que o arrasto depende de efeitos complexos, como separação da camada limite e turbulência, que não se reduzem a um simples fechamento. formulário.
Entradas e o que elas significam
A densidade do ar (ρ) é de 1,225 kg/m³ ao nível do mar em condições normais, mas diminui com a altitude e aumenta no ar frio ou úmido — um avião em altitude de cruzeiro experimenta aproximadamente um quarto da densidade do ar ao nível do mar. Velocidade (v) é a velocidade do objeto em relação ao ar, não ao solo, o que importa quando há vento. O coeficiente de arrasto (Cd) captura a eficiência da forma: uma lágrima tem cerca de 0,04, uma esfera tem cerca de 0,47 e uma placa plana perpendicular ao fluxo tem cerca de 1,28. A área de referência (A) é a seção transversal frontal voltada para o fluxo de ar, não a área total da superfície.
Como a força aumenta com o quadrado da velocidade, ela domina as outras três entradas em alta velocidade - é por isso que as melhorias aerodinâmicas são muito mais importantes para a condução em rodovias ou trens de alta velocidade do que para a condução na cidade.
Limites e casos extremos
Esta fórmula assume um fluxo subsônico constante com um coeficiente de arrasto fixo - o próprio Cd na verdade varia um pouco com o número de Reynolds (uma medida do regime de fluxo), portanto não é perfeitamente constante em todas as velocidades para um objeto real, embora tratá-lo como constante seja uma simplificação padrão e razoavelmente precisa para velocidades diárias. Em velocidades muito baixas ou para objetos muito pequenos, aplica-se o arrasto viscoso (Stokes), em vez deste modelo quadrático. Perto ou acima da velocidade do som, os efeitos de compressibilidade alteram substancialmente a física e esta fórmula de fluxo incompressível falha. Para um trabalho de engenharia preciso, o Cd deve vir de testes em túnel de vento ou CFD específico para a geometria real, em vez de uma aproximação de livro didático.