Tutorial 4 Manual do Professor

Transcrição

Manual do Professor para
O Tutorial Fly Higher 4
Aviões no Ar: A ciência do voo
Versão piloto: Fevereiro 2014
Manual do Professor para: “Aviões no Ar: A ciência do voo”
Sobre este documento
Este documento faz parte do quarto Tutorial do Projeto Fly Higher “AVIÕES NO AR: A
CIÊNCIA DO VOO”, servindo de apoio ao ficheiro PowerPoint. Tem como objetivo
proporcionar aos alunos uma compreensão mais aprofundada da Física por trás do
transporte aéreo num avião civil. Pode ser apresentado de forma independente ou como
parte da sequência dos Tutoriais Fly Higher.
Autor(es)
Autor
David Quince, Professor Assistente de Aeronáutica, Coventry University.
Editor
John Fairhurst, Associação Europeia de Diretores Escolares.
Isenção de Responsabilidade
Os pontos de vista expressos nesta publicação pertencem aos autores e não refletem
necessariamente o ponto de vista da Comissão Europeia sobre o assunto.
ii
Índice
Sumário do Tutorial ...................................................................................................................... 4
Estrutura da Lição......................................................................................................................... 5
PowerPoint – Notas Adicionais ..................................................................................................... 7
Slide 1: Introdução e Atividade Inicial ................................................................................................. 7
Slide 2: ................................................................................................................................................. 7
Slide 3: ................................................................................................................................................. 7
Slide 4: ................................................................................................................................................. 8
Slide 5: ................................................................................................................................................. 8
Slides 6 e 7: .......................................................................................................................................... 8
Slide 8: ................................................................................................................................................. 9
Slides 9 e 10: ........................................................................................................................................ 9
Slide 11: ............................................................................................................................................... 9
Slide 12: ............................................................................................................................................... 9
Slide 13: ............................................................................................................................................. 10
Slide 14: ............................................................................................................................................. 10
Slide 15: ............................................................................................................................................. 11
Slide 16: ............................................................................................................................................. 11
Slides 17- 18: ...................................................................................................................................... 12
Slides 19 – 21: .................................................................................................................................... 12
Slide 22: ............................................................................................................................................. 12
Slide 23: ............................................................................................................................................. 13
Slide 24: ............................................................................................................................................. 13
Slides 25 – 27: .................................................................................................................................... 13
Slide 27............................................................................................................................................... 14
Websites onde os alunos podem pesquisar ............................................................................ 14
Anexo ........................................................................................................................................ 15
iii
Sumário do Tutorial
Faixa Etária:
O tutorial é concebido para estudantes com 15 anos ou mais, com alguns conhecimentos
prévios de Física (em particular Forças e Leis do Movimento de Newton).
Duração:
Para discussão completa: 50 + minutos
Mínimo possível: 35 minutos
(Os tempos sugeridos são indicativos e variáveis. Pretende-se que os professores giram
os recursos com flexibilidade, mediante as próprias circunstâncias.)
Materiais Necessários:

Computador e tela de projeção na sala
4
Estrutura da Lição
Introdução (Slide 1)
Apresentação dos Objetivos (1 min)
Fase 1. Aerodinâmica e forças básicas
As bases (slides 2-3)
Breve discussão sobre as quatro forças essenciais num avião em voo. Revisão da definição de
“força”, sua unidade S.I. (International System of Units) e diferença entre peso e massa. (5 – 6 mins)
Leis do movimento de Newton e conceito de força (Opcional: slides 4 – 5)
As três leis (4 mins)
Atividade de revisão (Opcional 2 – 3 mins)
Fase 2. Sustentação e arrasto em maior profundidade
Definições (Slides 6-8)
Sustentação, Arrasto, Tração, Peso; diagramas de força (4 - 6 mins)
Criação de sustentação (Slides 9-12)
Forma da asa e do aerofólio. Ultrapassar o arrasto. (6 – 8 mins)
O coeficiente de sustentação e outros fatores (Slides 13 - 15)
Fórmula. Mencione a densidade do ar como um fator, fazendo a ponte com o slide 16. (1 – 3 mins)
Possível extensão: Exercícios simples com base em fórmulas. (Opcional 5 mins)
Densidade do ar (Slide 16)
O slide 16 pode ser passado rapidamente ou pode ser usado para gerar um debate sobre o modo
como a localização de um aeroporto pode influenciar o avião que aí voa. (1 – 3 mins)
Aumentar a sustentação (Slides 17 - 22)
O slide 17, que mostra o conceito de ângulo de ataque, pode ser passado muito rapidamente – ou
pode ser usado para iniciar uma discussão na aula sobre o que vai acontecer à medida que o ângulo
de ataque aumenta. Se der tempo, uma turma mais avançada pode ser desafiada a imaginar como
pode ser o diagrama do slide seguinte.
O slide 18 é importante – a sustentação aumenta de forma regular com o ângulo de ataque mas
subitamente cai! Possível debate sobre a importância deste fator na decolagem. (4 – 6 mins)
Os slides 19-22 também são importantes – A força de resistência do ar aumenta de forma diferente
e em determinado ponto acaba por ultrapassar a sustentação – discussão sobre as implicações disto
quando ocorre a perda total da sustentação em voo (stalling point) (3 – 4 mins).
Variações da forma da asa (Slides 23 - 24)
Breve abordagem sobre os efeitos de colocar “flaps” nas asas de modo a alterar a passagem do ar
em diferentes fases do voo. Os princípios estabelecidos pelos irmãos Wright ainda se aplicam aos
aviões modernos. (3 mins)
Manobrar o avião (Slides 25 - 27)
Estes slides apresentam uma ligação entre os 3 eixos de movimento que um avião necessita para
ser manobrado e as partes do avião que é preciso manusear para executar estas ações. (Opcional 2 4 mins)
Fase 3: Sumário e Fim (Slide 28)
Recapitulação salientando que, apesar de os aviões modernos serem bastante mais sofisticados do
que os primeiros (de há mais de 100 anos), os princípios científicos mantém-se; as ideias básicas são
desenvolvidas com base nas teorias de Isaac Newton tal como são ensinadas nas escolas e
universidades. (1 min)
Este tutorial é diferente dos 3 anteriores pelo que, ao contrário destes, não se trata de uma introdução
básica, mas mais uma aula de ciência, que explora a aeronáutica a um nível mais orientado para o ensino
secundário.
Todas as durações são aproximadas, devendo servir como um guia. Obviamente, as discussões durante a
aula podem ser encurtadas ou desenvolvidas em maior profundidade, especialmente se os alunos
trabalharem em pequenos grupos antes de uma discussão mais ampla. Considerando os tempos mínimos
sugeridos, o professor poderia conseguir dar estes conteúdos numa aula de 35-40 minutos. No entanto,
parece-nos ser pouco tempo, não permitindo a desejável discussão e podendo mesmo obrigar a não abordar
algumas secções importantes.
Seguindo os tempos recomendados, a apresentação enquadrar-se-ia num tempo letivo de 55 a 60 minutos,
embora uma turma mais avançada e mais dinâmica possa exigir mais tempo para que a discussão seja
devidamente explorada ou, caso se trate de um grupo menos preparado, pode exigir mais tempo de revisão
e explicação. Esperamos que considere também utilizar as competições do Fly Higher como materiais
adicionais. Visite http://www.flyhigher.eu.
(Um lembrete final: Os aviões e as forças que operam sobre eles são substancialmente mais complexos do que o demonstrado
nestes materiais. Os conceitos foram simplificados para serem adequados ao nível escolar e reforçar a relevância dos princípios
mecânicos de Newton).
6
PowerPoint – Notas Adicionais
Slide 1: Introdução e Atividade Inicial

Dependendo do contexto e capacidade dos alunos, pode primeiro testá-los informalmente,
pedindo para colocarem a mão no ar caso se lembrem das 3 leis do movimento de Newton,
perguntando também se alguém tem alguma ideia sobre como estas se aplicam à aviação.
Caso já tenham visto os outros tutoriais Fly Higher, podem mencionar os motores a jato que
funcionam segundo o princípio da segunda lei de Newton. Não necessita de desenvolver este
assunto nesta fase, desde que tenha intenção de usar os slides 4 e 5.
Slide 2:
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L = Sustentação que puxa o avião para cima
W = Força que puxa o avião para baixo
T = impulso que empurra o avião para a frente
D = arrasto é uma força que é gerada e puxa o avião para trás
Se o avião deve subir, então a Sustentação deve exceder o Peso, L > W; para voar a
determinada altitude L = W e para descer a sustentação tornar-se inferior ao peso (mas a um
ritmo controlado!), logo L < W.
Para andar para a frente, o impulso deve exceder o arrasto, T > D. Tal como veremos, a
Sustentação depende bastante deste movimento para a frente, por isso T ≠ D senão o avião
cairá – não pode ficar imóvel (pairar) no ar. Nem pode voar “para trás”, ou seja, nunca devia
ser T< D. Ao contrário dos helicópteros, os aviões comerciais não têm capacidade para pairar
ou andar para trás. (alguns aviões militares especiais, tal como o Harrier Jump-Jet, são
adaptados para tornar isto possível, mas a ciência deste avião excecional está para lá do
âmbito desta análise).
Slide 3:
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

A Encyclopaedia Britannica explica a Força, na física mecânica, como:
“Uma ação que tende a manter ou alterar o movimento de um corpo ou distorcê-lo. O
conceito de Força é habitualmente explicado através das três Leis do Movimento de Newton,
apresentadas no seu Principia Mathematica (1687). Segundo o primeiro princípio de Newton, o
corpo que está em repouso ou em movimento a um ritmo constante em linha reta,
permanecerá nesse estado até que alguma força lhe seja aplicada.“
A unidade de força do Sistema Internacional (SI) é o Newton, que corresponde à força
necessária para acelerar um quilograma de massa num metro por segundo quadrado (1 N
=1Kg.m/s2).
A massa é a quantidade de material inata de um objeto; o peso é a força causada quando uma
massa é sujeita à aceleração devido à gravidade. W = mg. Então, as pessoas que viajam no
espaço pesam muito menos na Lua (cerca de 1/6 daquilo que pesam na Terra); no enorme
planeta Júpiter, pesariam bastante mais. A sua massa é a mesma, mas o seu peso depende da
força do campo de gravidade.
Slide 4:
Este slide requer que os alunos já tenham conhecido as 3 Leis de Newton anteriormente.
O exercício de recapitulação pode ser feito oralmente, mas se houver tempo, os alunos devem
escrevê-lo – talvez em pares – antes da discussão em grupo. Isto irá assegurar que todos irão
pensar e tentar lembrar-se destas bases importantes.
Slide 5:
Nos vários livros existentes sobre estas matérias, utilizam-se diferentes designações. Se encontrar
designações que considere preferíveis por serem mais utilizadas em determinado departamento ou
área científica, sugerimos que as use, substituindo este slide.
As designações associadas às Leis que aqui foram utilizadas, foram adaptadas de:
http://www.if.ufrgs.br/tex/fis01043/20031/Andre/
Há várias explicações e exemplos ilustrativos neste site – vale a pena dar uma olhada, caso queira
aprofundar esta parte de recapitulação.
De forma mais coloquial, estas Leis podem ser representadas da seguinte forma:
1. Os objetos continuam como estavam/a fazer o que estavam a fazer, a menos que intervenha
um desequilíbrio de forças.
2. Se empurrar alguma coisa, ela também empurra! Pode pedir aos alunos para aplicar este
princípio no diagrama que aparece na parte superior esquerda com o motor.
Slides 6 e 7:
Clarificação das 4 forças básicas num avião:
- Recorde que a Sustentação apenas está presente se houver circulação de ar suficiente sobre a asa. É
por este motivo que o impulso é tão importante: um avião não pode simplesmente elevar-se no ar se
permanecer imóvel!
- O arrasto é essencialmente a resistência do ar. Os alunos devem refletir sobre o modo como se
sentem quando um ventilador/um leque/uma ventoinha lhes sopra na cara a uma curta distância; a
força sentida é a força de arrasto.
- O impulso vem dos jatos, propulsores ou até de uma ventoinha gigante montada no avião. (O
tutorial 2 do Fly Higher tem mais explicações acerca de motores e impulso).
- O peso pode variar bastante num avião, dependendo daquilo que carrega: o combustível que leva, a
carga e o número de passageiros. Há sempre um máximo – razão pela qual a bagagem é pesada
quando as pessoas vão a bordo de um avião. Há um limite do impulso que os motores conseguem
8
gerar e, por isso, à sustentação que as asas conseguem atingir. O máximo de sustentação que pode ser
atingida para suportar o peso do avião; caso contrário, ele não conseguirá decolar.
Slide 8:
Pista – Um avião estacionado no solo é sujeito às mesmas forças do que qualquer outro objeto que se
encontre imóvel. O peso – apesar de ser substancial – é suportado por uma força igual e oposta – a
Reação, (R) que o chão exerce sobre o aparelho. Assim, não há movimento em nenhuma direção
(Newton 1).
Aero-taxis: Quando os aviões se encontram a circular devagar e calmamente pela pista, há pouco ou
nada para arrastar, pelo que o diagrama não evidencia isto. Muita da principal força que resiste ao
movimento criado pelos motores é a Fricção, F, entre os pneus do avião e o macadame (a pista).
O anexo apresenta alguns diagramas ilustrativos.
Slides 9 e 10:
A fotografia é tirada de um túnel de vento computorizado, no qual o ar está a soprar da esquerda para
a direita.
Azul/branco = pressão baixa;
Vermelho/laranja = pressão mais alta do que o normal.
É criada uma forma de sucção, ‘sugando’ o avião para cima.
Slide 11:
Claro que os motores a jato (ou os propulsores em aviões mais pequenos ou mais antigos)
proporcionam o impulso que deve contrariar o arrasto...ativando também as asas de modo a que se
origine a sustentação através da circulação do ar sobre as asas, à medida que estas empurram o avião
pelo ar.
Slide 12:
Os aerofólios variam nos detalhes da forma e dimensão, mas têm geralmente a forma aqui
apresentada. Os alunos devem compreender o conceito de corda, da matemática elementar, mas
“curvatura” pode requerer mais explicação. A maioria dos dicionários usa “curvatura” como termo
técnico associado a uma variedade de contextos (por exemplo no sentido de “curvar” na esquina de
uma rua) para uma “curvatura ligeiramente convexa”. Em aeronáutica, a “curvatura” é definida como
a medida que assegura a “assimetria entre as curvas superiores e inferiores do aparelho”.
Slide 13:
Se tiver pouco tempo, este slide pode ser passado à frente. Pode apenas referir que esta fórmula é
impressionante! E que a velocidade do avião é crucial (uma vez que é o único fator na formula que
surge ao quadrado).
A densidade do ar, neste slide, é assumida como sendo fixa. Se pretende usar o slide 16, então os
alunos podem pensar um pouco mais no efeito da sua variabilidade.
Este slide pode ser complementado com algumas substituições na fórmula, caso o professor ache que
os alunos necessitam de exercitar-se mais nesta área. No entanto, não o recomendamos muito, pois a
nossa experiência demonstrou que o exercício acaba por ser tornar um pouco longo em termos de
tempo, e até um pouco desgastante, devendo talvez ser mais adequado num outro contexto (ex. em
álgebra).
Possível Extensão Pergunte aos alunos:
O que acontece à sustentação, numa determinada velocidade, se todos os outros fatores
permanecerem inalterados, e caso um avião seja modificado de modo a que as suas asas percam 15%
da área de superfície? (A sustentação é reduzida em 15%; L é diretamente proporcional a S).
O que acontece à sustentação se um avião duplicar a sua velocidade, por exemplo de 150 km/h para
300 km/h? (A sustentação aumenta a uma razão de 4; L é diretamente proporcional a V2).
Em quanto (porque fator) deve um piloto reduzir a velocidade para reduzir a sustentação em 15%, de
modo a que o avião comece a descer? (Reduzir a sustentação em 15%, a velocidade ao quadrado tem
de reduzir até 0.85 do valor anterior, logo a velocidade tem de reduzir
√0.85 = 0.92 ou seja, uma
redução de 8%).
Porque é que os aviões voam no vento quando decolam? (Porque a velocidade na fórmula é uma
velocidade relativa, correspondendo à velocidade a que o avião vai de encontro ao vento. Se o avião
se move, por exemplo, a 15 km/h então o fluxo do ar pelas asas é de 215 km/h.)
Então porque é que o avião voa para o vento quando aterra? (Porque quando o avião está em modo
de aterragem, com as suas “abas” (flaps) levantadas, o vento atua como um travão para abrandar o
avião. E então, em algumas ocasiões, o piloto precisa de interromper a aterragem e voltar a voar para
cima – o vento que ele entretanto apanha ajuda a sustentação, caso surja uma emergência deste
género).
Slide 14:
Os slides 14 e 15 têm como objetivo demonstrar o modo como as tecnologias se juntam num avião.
A força adicional enfrentando o avião é a Fricção: F = μ R onde μ é o Coeficiente de Fricção do
macadame (pista) e R é a reação do chão, opondo-se ao peso do avião. (Faça isto apenas se os alunos
reviram este tópico; caso não o tenham feito, ignore).
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À direita, é mostrado um concorde circulando na pista; a fricção dos pneus no chão não é visível mas é
bem real (Imagine tentar empurrá-lo pelo chão você mesmo!)
À esquerda o motor Trent Rolls Royce 1000, usado no Boeing 787 desde 2006 (e um dos motores
turbo-jato de aviões de passageiros em produção)
Possível extensão – Peça aos alunos para desenharem um diagrama com as forças básicas que
atuam num avião ainda na pista e com as rodas no chão, mas acelerando rapidamente, por exemplo
como se fosse uns 5 ou 6 segundos antes de decolar.
O anexo apresenta um diagrama básico de força, que pode ser usado nesta circunstância. (No entanto,
por favor recorde o nosso lembrete anterior: Os aviões e as forças que neles operam são
consideravelmente mais complexas do que aquilo que é aqui apresentado. Os conceitos foram
simplificados para se adequarem ao trabalho escolar e reforçar a relevância da mecânica de Newton.)
Slide 15:
Este slide demonstra os materiais essenciais no Boeing 787.
Os materiais compósitos são uma mistura de dois ou mais grupos de materiais (ex. Metal e plástico);
são bastante usados, mas não têm a força suficiente para assegurar tudo o que precisamos para um
avião. Os apoios para os motores, por exemplo, são uma liga de titânio que é misturada com alumínio
(metal mais forte mas um pouco mais leve do que titânio puro) e as partes-chave da estrutura são em
alumínio (escolha de um metal mais leve) ligado com zinco para adicionar força.
A “sanduíche de carbono” aqui é um compósito, dado ser 50/50 placa de alumínio e folha de fibra de
carbono ligadas. Anteriormente era usado somente o alumínio, mas a força e leveza da fibra de
carbono constituem uma vantagem. No entanto, ainda não é possível uma substituição total do
alumínio pela folha de fibra de carbono, por razões que estão relacionadas com as forças de
“curvatura” exercidas num voo.
Slide 16:
A densidade do ar não é constante. Um avião a decolar de um aeroporto chinês precisaria de estar a
viajar mais rapidamente para decolar do que se estivesse no Schiphool (Holanda) para compensar a
reduzida densidade do ar. Isto pode ser problemático caso os motores do avião não tenham potência
suficiente ou caso a pista seja demasiado curta para permitir atingir a velocidade necessária. Na
verdade, alguns voos operam com um baixo limite de peso, de modo a poderem ser realizados a estas
altitudes mais elevadas sem terem uma densidade do ar mais baixa.
A densidade do ar em elevadas altitudes (uma característica de quase todos os voos) irá também
determinar a máxima altura a que este avião poderá voar – isto pode ser calculado a partir de uma
fórmula e algumas tabelas de referência (considerando que a densidade do ar em determinadas
altitudes é conhecida e encontra-se sistematizada). Naturalmente que os sistemas meteorológicos de
alta e baixa pressão na atmosfera também têm aqui importância.
A figura mais pequena demonstra como a pressão do ar diminui à medida que subimos (altitude em
Km).
Slides 17- 18:
O melhor Ângulo de Ataque, ou AdA, é normalmente 12o - 14o; a maior parte dos aviões tem-no
regulado ao corpo em cerca de 5 o - 8 o de modo a que possam mover-se para cima sem grande
desconforto dos passageiros. (os aviões militares supersónicos são bastante diferentes neste aspeto).
A certo ponto, no entanto, a Sustentação decresce significativamente – cerca de 16º ou 18 o. Na
decolagem o AdA altera-se, pelo que o design tem de colmatar este fenómeno.
Slides 19 – 21:
No entanto, à medida que o AdA aumenta, também aumenta o Arrasto. A figura a amarelo no slide 20
mostra que, quanto maior a área de superfície da asa em contacto com o ar, maior a resistência em
consequência de haver um objeto maior a colidir com o ar.
Isto é fácil de demonstrar, por exemplo numa sala com um pedaço de papel que pode voar se houver
ar atirado pelos lados, com uma ponta estreita primeiro (como um ‘frisby’) mas cairá no chão
rapidamente se for atirado (de forma não natural) contra o vento.
A figura no slide 21 demonstra que o arrasto pode aumentar exponencialmente com o aumento do
AdA. A taxa de aumento no nível de arrasto aumenta cada vez mais rapidamente à medida que o AdA
aumenta. Após 12 o - 15 o o seu ritmo de subida é muito acentuado. No design do avião deve
considerar-se também este fator.
Slide 22:
Primeiro peça aos alunos para identificarem onde se encontra o ponto de perda total da sustentação
em voo (stalling point) no gráfico? (23 o)
Qual é a sustentação máxima em termos de ângulo de ataque? (Cerca de 16 o, para permitir uma
margem de segurança adequada - 18o é demasiado perto do limite)
O que seria um bom e seguro ângulo de ataque para um avião? (10 o - 12o seria seguro e é também o
ângulo máximo em que os passageiros se sentiriam confortáveis a subir/ganhar altitude.)
No “Stalling Point” não acontece que a força de arrasto ultrapasse a sustentação, mas a sustentação é
compensada e o avião pára de elevar-se (altitude). Aqui vemos a força de sustentação a decrescer
MAS o arrasto ainda aumenta à medida que a área física da nossa asa se torna maior no fluxo de ar
seguinte. Então, a “perda de velocidade” (stall) é definida como o ponto em que a força de
sustentação bruta pára de aumentar e começa a diminuir enquanto o AdA continua a aumentar. O
avião “perde velocidade” no processo de gerar sustentação, mas não perde imediatamente toda a
sustentação de modo a cair no chão! (É possível que os alunos pensem nesse desfecho dramático…)
12
Slide 23:
Aqui é possível um olhar mais atento ao design de uma asa, com as abas (flap) que alteram a forma da
asa à medida da operação que está a ser feita pelo avião, ex. diminuir o grau de sustentação aquando
da aterragem.
Tome nota dos seguintes termos que os alunos lhe podem pedir para explicar:
Longarina – Estrutura central integrada na asa.
Raiz da asa – Ponto em que a asa se liga ao corpo do avião. Assim, a “raiz” é uma das extremidades da
asa, sendo que a outra extremidade se designa por “ponta da asa”.
Revestimento do bordo frontal da asa – Esta é uma parte importante da asa, com a qual o fluxo de ar
entra em contacto. Por este motivo, deve ser desenhado/executado com uma área frontal circular que
“oriente” o ar para onde é necessário.
Abas (flaps) – Usadas para mudar a forma da asa e portanto para variar as propriedades de elevação
na asa, de acordo com o que é necessário em várias fases do voo. Assim, por exemplo, para aterrar, as
abas movem-se para baixar a elevação produzida.
Aileron – esta parte essencialmente move-se para cima ou para baixo durante o voo (e não na
decolagem e aterragem) para ajudara manobrar o avião enquanto voa. É referido como “superfície de
controle” uma vez que ajuda a “comandar” (a guiar) o avião. Estas questões são abordadas nos slides
seguintes (opcionais).
Slide 24:
1= Voo
2 = Decolagem. Uma vez que aumentamos a área efetiva da asa, isto vai-nos colocar no ar mais
rapidamente e colocar menos pressão (esforço) nos motores.
3 = Aterragem. Uma vez que isto reduz a força de sustentação ao “separar” o ar da superfície da asa e
interromper o fluxo de ar, auxilia nas operações de descida e aterragem.
Slides 25 – 27:
Estes 3 slides opcionais foram concebidos para demonstrar que as diferentes partes da asa e de outras
partes móveis de um avião, em último caso todas afetam a elevação e a circulação do ar para permitir
que o avião possa ser manobrado no ar.
O slide 25 pode ser ilustrado por todos os alunos com qualquer forma adequada (por exemplo uma
simples régua ou um lápis) para demonstrar como funcionam os eixos de um avião: “yaw” (“eixo
vertical”, ou “eixo de guinada”), “pitch” (“eixo lateral”, ou “eixo de arfagem”) “roll” (“eixo de
rolagem” ou “eixo longitudinal”, como um “balanço” que normalmente funciona com um ou os outros
dois). De facto, é frequentemente uma combinação destes três que faz o avião voar do modo
desejado.
Note que a “rolagem” só ocorre quando as superfícies traseiras das asas (os ailerons) se movem em
direções opostas.
Antes de avançar para o Slide 26 (que mostra que parte do avião é responsável por que movimento)
pode convidar os seus alunos a adivinhar que partes de um avião normal são manuseadas para
executar estas manobras.
O slide 27 completa esta secção com uma visão superficial e superfícies com códigos de cores.
Os alunos com alguns conhecimentos prévios poderão perguntar, nesta altura, o que é um
“profundor”. É a parte onde as superfícies de controlo do avião se movem e ficam em determinado
ângulo de modo a manter o avião num voo linear e, se necessário, também para contrapor um
desequilíbrio de peso – por exemplo, carga muito pesada na parte traseira.
Slide 27
Breve revisão que esperamos possa reforçar o valor da ciência nas escolas, assim como incentivar os
estudantes a procurar saber mais sobre este tema.
Websites onde os alunos podem pesquisar
NASA Páginas sobre sustentação e arrasto (em inglês): https://www.grc.nasa.gov/www/k12/airplane/forces.html
Royal Aeronautical Association: Páginas de carreiras para jovens (em inglês):
http://aerosociety.com/Careers-Education/aerospacecareer
Coventry University: Cursos ligados à aeronáutica (em inglês): http://www.coventry.ac.uk/coursestructure/2014/faculty-of-engineering-and-computing/undergraduate/aerospace-systemsengineering-beng-hons/
Livro online “Fundamentos da Engenharia Aeronáutica” (em português)
http://issuu.com/cengagebrasil/docs/9788522112043_livreto
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Anexo
Diagrama de forças básicas
Avião parado no solo
Reação, R
Peso, W
Avião circulando lentamente pelo aeroporto
Reação, R
Fricção, F
Impulso, T
Peso, W
Avião acelerando no chão alguns segundos antes
da decolagem
Reação, R
Sustentação, L
Arrasto, D
Impulso, T
Fricção, F
Peso, W
Como o avião está em pleno impulso, acelera rapidamente até à
velocidade de decolagem. À medida que a velocidade aumenta, a
Sustentação e o Arrasto também aumentam rapidamente. O peso,
no entanto, é constante.
À medida que a sustentação aumenta, também a Reação do solo
diminui (uma vez que se reduz a fricção do macadame/da pista).
Em apenas mais uns segundos, a Sustentação é maior do que a
Reação (L>R=0, portanto F=0 também) e o avião decola.
16

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