Teoria

Opa! Bora conversar sobre Força de Arrasto?! Vem com o Responde Aí!

O que é Força de Arrasto?

A força de arrasto ou força de arraste (fica a gosto do freguês 🤣) é a força de resistência ao movimento de um objeto em um meio fluido, essa força atua no sentido oposto ao movimento do objeto no meio.

-Hãam? 😖

A força de arrasto é composta por duas componentes, arrasto de atrito e arrasto de pressão. O arrasto de atrito é relativo ao efeito das forças viscosas na camada-limite e o arrasto de pressão é relativo às diferenças de pressão ao longo do escoamento.

Bora ver essa parada direitinho!

Arrasto de Atrito

Quando o fluido escoa sobre uma superfície, o movimento das moléculas na região perto da parede é desacelerado. A gente pode entender a resistência ao escoamento como se houvesse uma força de atrito entre o fluido e a parede, parecido com o atrito que vemos na Física em Mecânica.

Nesse vídeo a gente explica tudo o que você precisa saber sobre força de arrasto, arrasto de atrito de pressão e muito mais! Dá só uma conferida!

Pra facilitar, imagine um corpo que tenta se mover através de um fluido, como uma bola de futebol voando até o gol depois de um chute. A bola terá seu movimento dificultado porque o fluido interage com a sua superfície.

Mas você também pode pensar na situação contrária, em que o objeto está parado e o fluido escoa sobre ele. Nesse último caso, a força de atrito será a responsável por arrastar o objeto como mostrado abaixo:

Arrasto de atrito
Arrasto de atrito

As forças geradas pela tensão de cisalhamento causam o arraste do objeto, como indicado na figura. Esse fenômeno é denominado de arrasto por atrito. Uma observação importante é que, quanto mais “lento” for o fluxo e mais lisa for a superfície, menos expressivo será o arrasto por atrito.

Arrasto de Pressão

Quando um fluido escoa sobre uma esfera, por exemplo, ele exerce uma determinada pressão na parte dianteira, onde ocorre o choque do fluido com a esfera. A pressão exercida sobre ela é máxima no ponto central e diminui ao longo da superfície. Já a parte traseira da esfera não está sofrendo o impacto do fluido, então apresenta uma pressão menor.

Arrasto de Pressão.
Arrasto de Pressão.

Dessa forma, o objeto tem uma região de alta pressão na parte dianteira (impacto do fluido) e outra de baixa pressão na parte traseira (região de esteira), gerando uma força da esquerda para a direita, na figura, que “arrasta” a esfera. Esse fenômeno é o arrasto de pressão.

Coeficiente de Arrasto

Em resumo, a intensidade do arrasto depende da forma do objeto e das características do escoamento. Para quantificarmos a influência do tipo de geometria na força de arrasto, a gente define um número adimensional chamado de coeficiente de arrasto . Ele caracteriza cada tipo de geometria, atribuindo um determinado valor adimensional, que nos dá a noção do quão “forte” é o arrasto.

Esse coeficiente de arrasto leva em consideração tanto o arrasto de atrito, quanto o de pressão e pode ser definido matematicamente como a razão entre a força real a que um objeto é submetido ao escoar por um fluido e a força necessária para interromper seu movimento (levar o objeto de uma velocidade até o repouso)!

Sendo assim, esperamos que, quanto maior o valor de para uma geometria, maior será a força de arrasto - fixadas as condições de escoamento (ρ e V). Na equação, a área se refere à área projetada na direção paralela ao escoamento.

-“Como assim?”

No exemplo de uma partícula esférica, a área que utilizamos no cálculo é a área do círculo projetada como ilustrado abaixo e não a área total de uma esfera:

Área projetada de uma esfera.
Área projetada de uma esfera.

Então, para uma esfera de raio , o termo será:

Mas a gente não trabalha só com esferas, não é mesmo?

Tabela de Coeficiente de Arrasto

Existem várias geometrias e, para cada uma delas, teremos um coeficiente de arrasto diferente. Abaixo verificamos valores de coeficiente de arrasto para diversos objetos submetidos a um regime com :

Coeficiente de atrito para diferentes geometrias
Coeficiente de atrito para diferentes geometrias

Essa tabela lista alguns tipos de geometria mais usuais, indicando os valores respectivos do coeficiente de atrito. Ela será bastante útil na resolução de exercícios envolvendo arrasto.

Agora que já entendemos um pouco mais sobre o arrasto, bora pros exercícios?

Coeficiente de Arrasto

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