Questão 1. (Peso:20%) Explique:
(a) Por que o atraso da transição da camada limite sobre as superfícies de uma avião pode ser uma boa ideia para reduzir o consumo de combustível?

Passo 1

O enunciado pergunta por que aumentar a extensão da região de camada‐limite laminar sobre as superfícies de um avião (isto é, atrasar a transição laminar→turbulento) ajuda a reduzir o consumo de combustível. O conteúdo envolve mecânica dos fluidos (camada‐limite, arrasto de atrito) e sua ligação com o empuxo e o combustível.

Passo 2

Na camada‐limite laminar, o escoamento de fluido próximo à superfície é ordenado e a difusão de momento é pequena. Isso leva a um coeficiente de atrito de parede C_f relativamente baixo. Uma fórmula aproximada para uma placa plana em escoamento laminar é
C_{f,\mathrm{lam}} = \frac{1{,}328}{\sqrt{\mathrm{Re}_x}},
onde \mathrm{Re}_x é o número de Reynolds local.

Passo 3

Após a transição, a camada‐limite torna‐se turbulenta e a mistura de camadas aumenta a transferência de momento, elevando o atrito de parede. Uma correlação típica em escoamento turbulento é
C_{f,\mathrm{turb}} \approx \frac{0{,}074}{\mathrm{Re}_x^{0{,}2}}.
Como \mathrm{Re}_x em asas de avião é grande, verifica‐se que
C_{f,\mathrm{turb}} \gg C_{f,\mathrm{lam}},
ou seja, a região turbulenta gera muito mais arrasto de atrito.

Passo 4

Menos arrasto de atrito significa menor força de resistência que o motor precisa vencer. Como o empuxo exigido diminui, o consumo de combustível cai. Portanto, ao atrasar a transição para turbulento, estende‐se a zona de baixo arrasto e reduz‐se diretamente o consumo.

Resposta

Atrasar a transição mantém mais área em camada‐limite laminar (com C_f baixo), reduzindo o arrasto de atrito e, consequentemente, a força de empuxo necessária, o que leva a menor consumo de combustível.

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