(Adaptada) Um Boeing 747, que pesa com combustível, leva passageiros e decola a uma velocidade de . O peso médio de cada passageiro com sua mala é igual a . Calcule a velocidade que o Boeing deve ter para decolar quando carregar passageiros (com suas respectivas bagagens).
Assuma que a configuração geométrica e o ângulo de ataque são os mesmos em ambas situações.
Passo 1
E aí! Já pensou como resolver esse problema, pequeno gafanhoto? O enunciado nos pede a velocidade do Boeing quando carrega um número diferente de passageiros. O que isso indica? Indica que a massa do corpo vai mudar!
Você percebeu que nos foi pedido para assumir que a configuração geométrica e o ângulo de ataque são os mesmos? Pois é! Isso tá falando pra gente indiretamente que o coeficiente de sustentação não varia de uma situação para outra, já que ele só depende disso.
Beleza, então vamos primeiro avaliar a situação I (com passageiros). Para que o avião permaneça na mesma altitude em seu voo, precisamos que a força resultante na direção vertical seja nula e, matematicamente, isso quer dizer que:
Substituindo expressão para , temos:
Antes de prosseguirmos, vamos calcular a massa total () do sistema:
Em que representa o número de passageiros. Sendo assim:
Antes de prosseguirmos, bora converter a velocidade para o S.I.:
Substituindo as informações do problema:
Mas e a área? Não nos foi dada nenhuma informação quanto à geometria do problema! Calma, mestre. Realmente não sabemos qual a área do avião, mas sem desespero! A gente sabe que essa área é a mesma na situação II (com passageiros). Então, o produto vai ser igual em ambas situações e ele vale:
Beleza! Não sabemos quem é o coeficiente de arrasto () nem a área (), mas só precisamos conhecer o valor do produto entre eles, já que é o mesmo que vamos usar na situação II a seguir. :)
Passo 2
Na situação em que o Boeing carrega passageiros com suas respectivas bagagens, a massa total do sistema será:
Como as condições geométricas são as mesmas, podemos escrever que:
Logo:
Isso equivale a , ou seja, é um aumento de quase 3%. Muito pouca a diferença, não é mesmo? E olha que colocamos pessoas a mais nesse Boeing!
A diferença é pequena, pois a contribuição da massa do avião com combustível é muito maior que a contribuição da massa dos passageiros.