Define the frontal area of a body subjected to external flow. When is it appropriate to use the frontal area in drag and lift calculations?
Passo 1
Beleza, o enunciado pede pra gente definir o que é a área frontal de um corpo num escoamento externo e dizer quando faz sentido usar essa área nos cálculos de arrasto (drag) e de sustentação (lift). O conteúdo aqui é Mecânica dos Fluidos – especificamente coeficientes de arrasto e sustentação – e a gente vai precisar lembrar da fórmula geral do arrasto e de como se obtém a “sombra” do corpo na direção do fluxo.
Passo 2
Teoria e definição da área frontal
- Imagine um feixe de raios paralelos vindo na direção do escoamento (velocidade
). A área frontal é simplesmente a projeção ortográfica do corpo nesse feixe, ou seja, a “sombra” que o objeto faria num plano perpendicular à direção do vento. - Matematicamente, se você dividir a superfície externa do corpo em pequenos elementos de área
, a área frontal é
onde
é o ângulo entre o vetor normal local e a direção do fluxo. No caso de faces planas perpendiculares,
e basta somar as áreas.
Passo 3
Quando usar
em arrasto e sustentação
- Arrasto (drag): a fórmula clássica é
onde
é a densidade do fluido e
é o coeficiente de arrasto. Sempre que o arrasto for dominado pela forma (pressure drag) — típico de “blunt bodies” como carros, edifícios, etc. — a área frontal é o parâmetro correto.
2. Sustentação (lift): em asas e perfis aerodinâmicos, normalmente usa-se a área de envergadura ou a “planform area” , porque a sustentação surge de diferenças de pressão sobre a superfície estendida do perfil. Só faz sentido usar
se o corpo não tiver uma asa bem definida e o “efeito de lift” estiver mais ligado à projeção frontal (casos raros e muito específicos).
2. Sustentação (lift): em asas e perfis aerodinâmicos, normalmente usa-se a área de envergadura ou a “planform area”
Resposta
A área frontal
é a projeção ortográfica do corpo num plano perpendicular à direção do escoamento, calculada integrando
sobre a superfície. Usa-se
principalmente em cálculos de arrasto quando o arrasto é de forma (pressure drag). Para sustentação em asas, em geral se emprega a área de planta (planform area), não a frontal.