Um avião feito pelo homem voa de acordo com os mesmos princípios da física que um pássaro: ele precisa superar as forças gravitacionais para alcançar a sustentação e o vôo. As asas de um avião trabalham para gerar o elevador e fazem isso curvando o fluxo de ar ao redor delas. Sem asas, um avião é um mero automóvel.
Forças Aéreas
Aeronaves - e pássaros - são capazes de voar porque equilibram quatro forças: levantamento, peso, resistência e empuxo. Um avião decola no ar quando o elevador - a força que empurra para cima na superfície inferior de suas asas - excede o peso do avião devido à força da gravidade. O elevador é criado pelo fluxo de ar ao redor do avião, especialmente ao redor das asas. Arraste é a força da resistência do ar contra o movimento do avião. Essa força aumenta com o aumento da velocidade da aeronave, mas diminui se o avião tiver uma forma suave ou aerodinâmica. O motor e o sistema de propulsão do avião, tanto a jato quanto a hélice, geram uma força de propulsão para superar o arrasto. Dois cientistas europeus explicaram os princípios do voo da aeronave. O físico inglês Isaac Newton (1642–1727) enumerou três leis do movimento que são aplicáveis a todos os objetos em movimento. A primeira é que os objetos permanecem em repouso ou em movimento uniforme, a menos que sejam compelidos a mudar por uma força externa. A segunda afirma que uma força direcionada a um objeto faz com que ela acelere na direção dessa força. O terceiro afirma que, para toda força, existe uma força igual e oposta. O matemático suíço Daniel Bernoulli (1700–1782) foi pioneiro no desenvolvimento de uma explicação matemática para a dinâmica de fluidos, a mecânica de como fluidos e gases fluem. Sua principal descoberta, conhecida como princípio de Bernoulli, afirma que à medida que a velocidade do fluxo de ar aumenta, sua pressão diminui. Ângulo de ataque Asas de avião são projetadas para se inclinar levemente a partir da horizontal. também conhecido como o caminho do vôo. Esse ângulo de inclinação é chamado de ângulo de ataque e é a variável mais importante na geração de sustentação. Um avião começa a se mover quando o piloto aplica o impulso do motor para fazer com que o avião se desloque para a frente no solo. O piloto gira a aeronave para cima, levantando o nariz para aumentar o ângulo de ataque e alcançar a decolagem. No entanto, um ângulo de ataque muito grande atrapalhará o avião. Curvatura de fluxo O elevador é gerado por curvas de ar ao redor das asas de um avião. Quando o fluxo de ar atinge a borda de ataque de uma asa, ela se divide em duas, algumas fluem ao longo da superfície superior e algumas fluem ao longo da superfície abaixo. A forma de uma asa é ligeiramente assimétrica, com uma área de superfície maior no lado superior. O fluxo de ar adere à superfície superior à medida que se move entre as bordas dianteira e traseira da asa, curvando e baixando a pressão de acordo com o princípio de Bernoulli. Conforme o avião ganha velocidade, o elevador aumenta de acordo com a segunda lei de movimento de Newton. Isso, por sua vez, aumenta a curvatura do ar na superfície superior, forçando mais ar para baixo a partir do bordo de fuga da asa. À medida que o avião se move pelo ar, a parte inferior da asa que está voltada para o fluxo de ar no ângulo de ataque também desvia um pouco o fluxo de ar para baixo. Esse fluxo de ar descendente gera uma reação igual e oposta em um fluxo ascendente de ar de alta pressão (terceira lei de Newton), aumentando a sustentação e mantendo o avião no ar.
