Capítulo 1 – Aerodinâmica: Você sabe, de verdade, o que é uma asa?

liviooricchio

17 de agosto de 2006 | 15h30

Não faz muitos anos. Estava no circuito de Spa-Francorchamps, na Bélgica, quando lhe solicitei que, assim que tivesse um tempinho, me contasse a clássica e histórica experiência vivida por ele ali mesmo, em 1968. Franco Lini, jornalista italiano, falecido há seis anos, era o diretor-esportivo da Ferrari em 1968. A corrida em Spa naquele ano tem um significado especial para o mundo das competições de automóvel: pela primeira vez na Fórmula 1 um carro apresentou-se para disputar um GP com uma espécie de asa sobre o motor. Veja o desenho 1.

FERRARI 312
E ninguém melhor que Franco Lini para descrever os detalhes daquele episódio que viria revolucionar não só a Fórmula 1 como introduzir um nova ordem na concepção geral dos veículos de corrida. “Mauro Forghieri (diretor-técnico da Ferrari na época) orientou a confecção e instalação daquela asa pessoalmente. Afinal, o modelo 312 da Ferrari era sua criação. Foi feita à mão mesmo, de madeira”, contou-me Lino. A idéia não era nova. Alguns anos antes, em 1966, o norte-americano Jim Hall, criador dos lendários carros Chaparral, adotou no seu modelo 2E, vencedor das 12 horas de Seabring, uma espécie de asa enorme, instalada em posição bastante elevada sobre o conjunto traseiro do seu esporte-protótipo. Fotografia 1.

Chaparral 2E
Se você pensa, como eu cheguei a imaginar, que aquilo era uma grande invenção, engana-se. O conceito de asa remonta há muito no tempo. Os irmãos Wright, que os brasileiros não gostam nem de ouvir falar porque acham que por causa deles a história é ingrata com Santos Dumont, já se utilizavam dos princípios aerodinâmicos das asas em 1903. E a natureza, que o selecionou ao longo de milhares de anos, ainda há bem mais eras. Nosso primeiro capítulo sobre aerodinâmica envereda por aí mesmo, a compreensão do que é uma asa, como funciona, e de que forma descobriram que poderia ser utilizada no automobilismo.

Por uns instantes, esqueça as pistas. Apegue-se apenas à natureza. É de lá que vêm os maiores ensinamentos. Eu deveria ter uns 12 anos, no início do então ginásio, quando assisti a um documentário sobre as asas das aves, por que razão elas voam. O filme apresentava, esquematicamente, um corte transversal de uma asa. Depois, em detalhes, expunha que a curvatura da porção superior é maior que a da inferior. Observe no desenho 2 o que desejo explicar. Repare que existem dois caminhos entre a distância do ponto A e o ponto B. O superior, caracterizado pela curva descrita, e o inferior, bem mais reto. Você concorda comigo que eu posso afirmar que a distância A-B, se percorrida por cima desse perfil de asa, o dorso, é maior que a A-B se eu optar pelo caminho de baixo, o ventre, quase reto e portanto mais curto?

Perfil de asa convencional
Vamos arquivar essa informação. Usaremos daqui um pouquinho. Não vou entrar em detalhes para não complicar, apesar citarei o experimento. Um brilhante físico holandês de nome Daniel Bernoulli descreveu, ainda em 1738, um princípio que ganhou o seu nome. Para simplificar o que ele postulou: toda vez que o ar tornar-se mais rápido, ele passa a exercer menor pressão em seu meio. Não se assuste. A física ficará por aqui. Quero ser o mais didático possível, a fim de que você compreenda bem esses conceitos e, a partir daí, domine outros e tire melhor proveito ao assistir às transmissões das corridas.

Avance para a figura 3 e familiarize-se com dois novos conceitos: a porção frontal da asa, chamada de Bordo de Ataque, por ser por onde a asa “corta” o ar, e o a porção final, denominada de Bordo de Fuga, ou por onde o ar “deixa” a asa.
Bordos de ataque e fuga
Nós não vimos na figura 2 que a distância da porção superior é maior que a inferior? Ir de A a B, por cima da asa, não significa percorrer uma distância maior que de A a B por baixo dela? Agora pense comigo: o ar, então, não tem de ser mais rápido na parte superior da asa? Ele não tem de percorrer uma distância maior? E na parte de baixo? Já não é assim. Ele não flui tão velozmente. A distância que ele percorre é menor. Não há a curvatura da porção superior. Seu caminho é quase reto.

Acabamos de constatar que o ar que flui em cima da asa é mais rápido que o que flui em baixo da asa. Se pudéssemos viajar e sentar num cantinho da asa, lembre-se que ainda estamos falando da asa de um pássaro, em breve retornaremos ao automobilismo, para medir a velocidade com que as moléculas dos gases passam por lá, compreenderíamos rapidinho que as moléculas que enveredaram por cima da asa são mais atletas que as que estão correndo em baixo da asa. As de cima correm muito mais. Têm um caminho maior para percorrer. Grosseiramente seria algo assim: você e um amigo estão numa esquina e desejam atingir a outra mais próxima do mesmo quarteirão regular. Seu amigo fará o caminho reto, enquanto você terá de dar a volta no quarteirão para chegar a outra esquina. Dá para ver que você terá de correr bem mais que seu amigo? É mais ou menos o que acontece com o ar que corta uma asa.

Hora de resgatar aquela informação que Bernoulli nos deu: quando o ar aumenta de velocidade ele passa a exercer uma pressão menor. Vamos raciocinar juntos. Se em cima da asa o ar passa mais rápido, então eu posso afirmar que nessa região a pressão exercida por ele é menor. Bernoulli demonstrou. Assim como posso dizer, sem incorrer em erro também, que o ar que passa em baixo da asa exerce naquela região uma pressão maior que a de cima. Ele não é mais lento? Vamos colocar alguns números para melhor entender tudo? Se em cima da asa da ave o ar está exercendo uma pressão equivalente a mais ou menos 2 quilos e a pressão que ele está exercendo em baixo da asa é maior que esta, pelo exposto, não estarei errado se disser que a força de baixo para cima é de 3 quilos. Os números são hipotéticos.

Junto comigo: se de baixo para cima há uma força de 3 quilos e de cima para baixo uma de 2 quilos, então a resultante é uma força de baixo para cima de 1 quilo. Concorda? A força de baixo para cima é maior que a de cima para baixo. O que acontece então com a nossa ave quando ela bate as asas e submete o ar a passar sobre e sob elas? Ganha uma força de baixo para cima que, pelo nosso exemplo, é de 1 quilo. Se a ave pesar menos de um quilo, o que irá acontecer com ela? Irá voar. Isso mesmo, estamos voando junto com ela. Você acabou de descobrir que é por causa do perfil de asa e da diferença de velocidade que o ar flui sobre e sob ela que as aves e o aviões voam. Legal, não?

Tudo muito bonito, só não entendi uma coisa então: se é assim, por que os carros de Fórmula 1 parecem que grudam no solo em vez de voarem? Afinal eles têm asas como as aves e navegam a velocidades muito superiores às delas, o que lhes permitiria uma diferença de velocidade ainda maior entre o ar que flui em cima e em baixo das asas. Verdade da mais verdadeira. Você tem razão. Mas será que as asas dos carros são exatamente iguais às das aves? Resposta: sim. Com uma diferença capital, no entanto: as asas dos carros são invertidas, ou seja, a porção curva fica em baixo e a mais reta em cima. Acompanhe no desenho 4.

Aerofólio
Já podemos falar em aerofólio em vez de asa. Acabamos de desembarcar no automobilismo depois de levar um banho de sabedoria da natureza. Os aerofólios são asas, como as das aves, mas colocados nos carros na posição invertida. O que é a parte de cima numa asa de ave é a parte de baixo nos aerofólios. E o que é a parte de baixo na asa é a de cima nos aerofólios. Os desenhos 5 e 6 mostram essa diferença.

Desenho 5

Desenho 6
Se tomarmos o mesmo exemplo numérico de forças mencionado ainda há pouco: no aerofólio, a força na parte de cima seria a de 3 quilos e a força na parte de baixo, a de 2 quilos. Com isso, a resultante também seria de 1 quilo, mas agora de cima para baixo e não de baixo para cima. O carro, em vez de ter tendência a decolar, acaba mais pressionado contra o solo. Em outras palavras, torna-se mais estável, consegue contornar as curvas em maior velocidade. Claro que a força de um aerofólio traseiro na Fórmula 1 é muito maior, algo próximo dos 300 quilos, hoje, em média, quando o carro está a 260 km/h. No desenho 7 é possível ver a asa invertida, ou o aerofólio, como é utilizado na Fórmula 1.

Desenho 7
Sabe como se chama na Fórmula 1 essa pressão aerodinâmica sobre o carro? Downforce, ou força para baixo. Acredito que você já tenha ouvido ou lido essa palavra, downforce. Viu como não há segredo algum em compreendê-la?

Demos, juntos, o primeiro passo rumo a desvendarmos bem mais conhecimentos sobre esse incrível universo da aerodinâmica. De posse da compreensão de como funcionam as asas, e no automobilismo os aerofólios, podemos avançar sem limites, sempre da mesma maneira, com muita didática e exemplos mais próximos do nosso dia-a-dia para entendermos melhor o que se está pretendendo explicar. Acredito que já no próximo capítulo posso lhes repassar com alguns detalhes a história que Franco Lini me contou sobre a estréia do aerofólio na Fórmula 1, no GP da Bélgica de 1968.

Você acredita que Chris Amon, piloto da Ferrari que concordou em utilizá-lo, tinha a opção de variar o seu ângulo de incidência? Um sistema de alavancas lhe permitia deixá-lo paralelo em relação ao solo nas retas, para gerar a menor resistência aerodinâmica possível, enquanto próximo às curvas, pouco antes de frear, aumentar o ângulo de incidência, a fim de gerar o máximo de pressão aerodinâmica, ou downforce, agora já podemos empregar o termo, para aumentar a velocidade de contorno das curvas. Mas isso já é outro capítulo. Chegaremos ao dia em que o túnel de vento, hoje componente essencial nas equipes, nos será bem familiar, ao menos conceitualmente. Você vai ver.

Abraços
Data em que o capítulo 2 do Mundo Técnico irá ao ar: 18 de setembro.

ATENÇÃO:
A data programada para o capítulo 2 do Mundo Técnico entrar no ar mudou. Em razão do eu permanecer pouco tempo no Brasil e por conta das dificuldades de viabilizar as imagens que penso serem importantes para a compreensão do que desejo informar, vamos pular este mês. Assim, apenas quando regressar da China e do Japão e, em seguida, da cobertura do GP do Brasil poderei trabalhar na conclusão desse capítulo. Desculpe-me. A nova data é 25 de outubro.

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