Questão 1. (Peso:20%) Explique:
(b) Por que a bola de golfe tem cova na sua superfície?
(b) Por que a bola de golfe tem cova na sua superfície?
Passo 1
O enunciado pede para explicar por que as bolas de golfe têm covinhas na superfície. O conteúdo envolvido é mecânica dos fluidos, em especial o conceito de camada limite e arrasto aerodinâmico, e vamos precisar entender como o formato da superfície influencia o coeficiente de arrasto.
Passo 2
Para começar, vale lembrar que a força de arrasto (ou “drag”) que o ar exerce sobre uma esfera em movimento pode ser escrita como
onde
é a densidade do ar,
é a velocidade da bola,
é a área de seção transversal e
é o coeficiente de arrasto, que depende do perfil de escoamento em torno da bola.
Passo 3
Num corpo totalmente liso, a camada limite que adere à superfície tende a ser laminar (com escoamento ordenado). Essa camada laminar se desprende precocemente da superfície, formando uma grande zona de recirculação (vácuo) atrás da bola. Isso aumenta o arrasto de pressão e faz
ficar alto, reduzindo o alcance.
Passo 4
As covinhas na bola “bagunçam” a camada limite, tornando-a turbulenta. Uma camada limite turbulenta tem maior energia próxima à parede, o que faz com que o escoamento permaneça aderido por mais tempo antes de se separar. Consequentemente, a zona de vácuo atrás da bola diminui, reduzindo o arrasto de pressão e, assim, diminuindo
.
Passo 5
Com
menor, a força de arrasto
fica menor para a mesma velocidade
. Isso significa que a bola perde menos energia para o ar durante o voo, aumentando significativamente a distância percorrida.
Resposta
As covinhas servem para tornar a camada limite turbulenta, atrasar o ponto de separação do escoamento e reduzir a zona de vácuo atrás da bola, diminuindo o coeficiente de arrasto e permitindo que ela voe mais longe.