Explique como a pipa voa?
Passo 1
O enunciado pergunta “como a pipa voa?”, ou seja, quais são os fenômenos físicos e as forças que permitem que ela se sustente no ar. Aqui o conteúdo é de aerodinâmica básica: precisamos entender as forças de sustentação (lift), arrasto (drag), peso (weight) e tração (tension) atuando sobre a pipa e como elas se equilibram para mantê-la estável.
Passo 2
Quando o vento incide na pipa, ele gera um vento relativo que entra pela vela inclinada. Em função da orientação do fio e da inclinação da pipa, esse vento tem uma direção que forma um ângulo de ataque
em relação à corda da vela. Esse ângulo é crucial para gerar sustentação.
Passo 3
A sustentação
aparece porque o ar passa mais rápido sobre um dos lados da vela do que sobre o outro, criando uma diferença de pressão (explicada pelo princípio de Bernoulli ou pelas leis de Newton). Em termos práticos, para um vento de velocidade
, área da vela
e coeficiente de sustentação
, temos
onde
é a densidade do ar. Quanto maior
, até certo ponto, maior
e, portanto, maior
.
Passo 4
Além de
, surge também um arrasto
na direção do vento, dado por
Esse arrasto tende a puxar a pipa na direção do vento, enquanto a sustentação tem componente vertical que se opõe ao peso
. A tração
no fio se ajusta para equilibrar as componentes resultantes de
,
e
. Em regime estável, a soma vetorial dessas quatro forças é zero:
Passo 5
Para garantir estabilidade, a pipa geralmente tem uma cauda (penduricalho) ou um sistema de barbicacho (vários pontos de fixação) que movem o centro de pressão para trás, evitando que ela gire ou tombe. Assim, mesmo com rajadas de vento, ela retoma a posição de equilíbrio, mantendo o ângulo de ataque adequado.
Resposta
A pipa voa porque o vento relativo, agindo sobre sua vela inclinada, gera uma sustentação vertical (devido à diferença de pressão) que contrabalança o peso, enquanto o arrasto combinado com a tensão do fio equilibra as forças horizontais. A cauda ou barbicacho garante a estabilidade, fazendo com que todas as forças se anulem em regime estacionário e mantendo a pipa suspensa no ar.