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Forças de arraste

Física

No estudo da dinâmica dos fluidos, a força de arraste é uma força que realiza resistência ao movimento de um corpo sólido através de um fluido (líquido ou gás).
A força de arraste, atuando no paraquedas aberto e em queda, age reduzindo a velocidade de queda
A força de arraste, atuando no paraquedas aberto e em queda, age reduzindo a velocidade de queda
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Quando um corpo ou um objeto qualquer se move em um fluido (ar ou água, por exemplo) vemos que o fluido exerce sobre o corpo uma força de resistência, denominada força de arraste, que tende a reduzir a velocidade do objeto. Essa força de arraste depende da força do objeto, das propriedades do fluido a que ele está inserido e depende também da velocidade do corpo em relação ao fluido.

De forma diferente da força de atrito dinâmico, a força de arraste tende a aumentar quando a velocidade do corpo aumenta, de forma nem sempre linear. No caso de pequenas velocidades, a força de arraste é aproximadamente proporcional à velocidade do corpo; no caso de velocidades mais elevadas, é aproximadamente proporcional ao quadrado da velocidade, como mostra a experiência a seguir.

Imaginemos então que um objeto, partindo do repouso, caia somente sobre a influência da força da gravidade (que para esse exemplo é constante) e da força de arraste cujo módulo é b.vn, onde b e n são constantes. Sendo assim, podemos dizer que sobre o corpo atua uma força vertical para baixo cuja intensidade é dada por m.g, e uma força para cima cuja intensidade é determinada por b.vn. Para esse caso adotaremos um referencial com orientação positiva para baixo. De acordo com a Segunda Lei de Newton, temos:

FR=m.g-b.vm=m.a

Atuam no paraquedista em queda livre a força de arraste e a força peso

De uma forma mais generalizada, a intensidade da força de resistência R imposta por um fluido a um objeto em movimento com velocidade de módulo v é dada pela seguinte equação:

R=b.vn

Em que b é uma constante que depende das características do fluido, da força do corpo e da área de secção transversal na direção perpendicular ao movimento e n é uma constante que depende do valor da velocidade.

Velocidade limite ou terminal

Quando observamos um objeto caindo (queda livre), a única força que atua sobre ele é a força peso, P, e o movimento descrito por ele é uniformemente acelerado, com velocidade de módulo crescente. Contudo, caso o objeto caia no ar, em razão da força de resistência, R, sua velocidade não será crescente. A intensidade da força resultante de P e R é dada por:

FR=P-R⇒FR=m.g-b.vn

Sendo assim, podemos dizer que a intensidade da força resultante diminui à medida que aumenta o módulo da velocidade, pois o módulo da força de resistência aumenta, nessas circunstâncias.

Dessa forma, à medida que a força de resistência aumenta com a velocidade, a intensidade da força resultante diminui e o módulo da aceleração é gradativamente menor, ou seja, a velocidade do corpo tende para um valor limite VL, ao mesmo tempo em que a força resultante também tende a zero. A velocidade VL chamada de velocidade limite ou velocidade terminal é praticamente atingida na queda livre de um corpo no ar.

Quando o movimento do corpo atinge a velocidade limite, ou velocidade terminal, o corpo adquire movimento praticamente uniforme.

 

Por Domiciano Marques
Graduado em Física

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

SILVA, Domiciano Correa Marques da. "Forças de arraste"; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/forcas-arraste.htm>. Acesso em 21 de agosto de 2017.

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