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Forças de arraste

Física

No estudo da dinâmica dos fluidos, a força de arraste é uma força que realiza resistência ao movimento de um corpo sólido através de um fluido (líquido ou gás).

Quando um corpo ou um objeto qualquer se move em um fluido (ar ou água, por exemplo) vemos que o fluido exerce sobre o corpo uma força de resistência, denominada força de arraste, que tende a reduzir a velocidade do objeto. Essa força de arraste depende da força do objeto, das propriedades do fluido a que ele está inserido e depende também da velocidade do corpo em relação ao fluido.

De forma diferente da força de atrito dinâmico, a força de arraste tende a aumentar quando a velocidade do corpo aumenta, de forma nem sempre linear. No caso de pequenas velocidades, a força de arraste é aproximadamente proporcional à velocidade do corpo; no caso de velocidades mais elevadas, é aproximadamente proporcional ao quadrado da velocidade, como mostra a experiência a seguir.

Imaginemos então que um objeto, partindo do repouso, caia somente sobre a influência da força da gravidade (que para esse exemplo é constante) e da força de arraste cujo módulo é b.vn, onde b e n são constantes. Sendo assim, podemos dizer que sobre o corpo atua uma força vertical para baixo cuja intensidade é dada por m.g, e uma força para cima cuja intensidade é determinada por b.vn. Para esse caso adotaremos um referencial com orientação positiva para baixo. De acordo com a Segunda Lei de Newton, temos:

FR=m.g-b.vm=m.a

Atuam no paraquedista em queda livre a força de arraste e a força peso

De uma forma mais generalizada, a intensidade da força de resistência R imposta por um fluido a um objeto em movimento com velocidade de módulo v é dada pela seguinte equação:

R=b.vn

Em que b é uma constante que depende das características do fluido, da força do corpo e da área de secção transversal na direção perpendicular ao movimento e n é uma constante que depende do valor da velocidade.

Velocidade limite ou terminal

Quando observamos um objeto caindo (queda livre), a única força que atua sobre ele é a força peso, P, e o movimento descrito por ele é uniformemente acelerado, com velocidade de módulo crescente. Contudo, caso o objeto caia no ar, em razão da força de resistência, R, sua velocidade não será crescente. A intensidade da força resultante de P e R é dada por:

FR=P-R⇒FR=m.g-b.vn

Sendo assim, podemos dizer que a intensidade da força resultante diminui à medida que aumenta o módulo da velocidade, pois o módulo da força de resistência aumenta, nessas circunstâncias.

Dessa forma, à medida que a força de resistência aumenta com a velocidade, a intensidade da força resultante diminui e o módulo da aceleração é gradativamente menor, ou seja, a velocidade do corpo tende para um valor limite VL, ao mesmo tempo em que a força resultante também tende a zero. A velocidade VL chamada de velocidade limite ou velocidade terminal é praticamente atingida na queda livre de um corpo no ar.

Quando o movimento do corpo atinge a velocidade limite, ou velocidade terminal, o corpo adquire movimento praticamente uniforme.

 

Por Domiciano Marques
Graduado em Física

DEIXE SEU COMENTÁRIO
  • Bressany Aparecida de Souzaquarta-feira | 01/04/2015 23:47Hs
    Muito bom, tem pouco conteúdo de velocidade limite na internet, e encontrei um pouco aqui, gostaria de um texto dedicado a ela.
  • Samuel Macedosexta-feira | 06/12/2013 11:48Hs
    Parabéns, ajudou-me d+!!
  • Tiago da Silva Pedrosexta-feira | 29/11/2013 15:39Hs
    Muito bom o texto. Muito bem explicado. Praticamente o único da web com qualidade. Obrigado!
  • Edgar José De Oliveira Netoterça-feira | 19/03/2013 11:02Hs
    muito interessante!
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