Resistência aerodinâmica
# Resistência aerodinâmica

Se denomina resistência aerodinâmica, ou simplesmente resistência, ao componente da força que sofre um corpo ao mover-se através do ar na direção da velocidade relativa entre o ar e o corpo. A resistência é sempre de sentido oposto a tal velocidade, pelo que habitualmente se diz dela que é a força que se opõe ao avanço de um corpo através do ar.
De maneira mais geral, para um corpo em movimento no seio de um fluido qualquer, tal componente recebe o nome de resistência fluidodinâmica. No caso da água, por exemplo, se denomina resistência hidrodinâmica.

## Introdução

Galileu descobriu a resistência aerodinâmica. Assim como que com outras forças aerodinâmicas, se utilizam coeficientes aerodinâmicos que representam a efetividade da forma de um corpo para o deslocamento através do ar. Seu coeficiente associado é conhecido popularmente como coeficiente de penetração, coeficiente de resistência ou coeficiente aerodinâmico, sendo esta última denominação especialmente incorreta já que existem várias forças aerodinâmicas, com seus respectivos coeficientes aerodinâmicos, e cada um deles tem um significado diferente.
A forma na qual se estuda a resistência aerodinâmica apresenta algumas particularidades segundo o campo de aplicação.

## Em aeronáutica

A resistência total de um avião em vôo pode ser decomposta nas seguintes resistências:

### Resistência parasita

Denomina-se assim toda resistência que não é função da sustentação. É a resistência que se gera por todas as pequenas partes não aerodinâmicas de um objeto. É composta, por sua vez, por:
* Resistência de perfil: A resistência de um perfil alar pode ser decomposta por sua vez em outras duas:
* Resistência de pressão: Devida à forma do corpo.
* Resistência de fricção: Devida à viscosidade do fluido.
* Resistência adicional: É a resistência provocada pelos componentes de um avião que não produzem sustentação, como por exemplo a fuselagem ou as carenagens dos motores.
* Resistencia de interferência: Cada elemento exterior de um avião em vôo possui sua camada limite, mas por sua proximidade estas podem chegar a interferir entre si, o que conduz à aparição desta resistência.

### Resistência induzida

Se é considerada uma asa de envergadura finita, devido a uns turbilhões que aparecem nos extremos da asa pela diferença de pressões entre o extradorso e o intradorso, surge a chamada resistência induzida. Esta resistência é função da sustentação e disto advém que é também função do ângulo de ataque, de tal maneira que maior sustentação (e portanto, maior ângulo de ataque) implica maior resistência induzida. É a resistência produzida como resultado da produção de sustentação. Altos ângulos de ataque, que produzem mais sustentação, produzen alta resistência induzida. É, em outras palavras, a resistência pelo peso. Pode ser dito de certo modo que romper a inércia é parte disto. A resistência induzida é uma das forças aerodinâmicas opostas à sustentação.
Fórmula da resistência induzida:
    $D_{i}={\frac {2L^{2}}{\rho \pi b^{2}V^{2}e}}$
Onde (descrição da variável e unidades no Sistema Internacional de Unidades):
    $D_{i}\,$ - Resistência induzida (em newtons).
    $L\,$ - Sustentação (newtons).
    $\rho \,$ - Densidade do fluido (kg m$^{-3}$).
    $b\,$ - Envergadura (m).
    $V\,$ - Velocidade m( s$^{-1}$).
    $e\,$ - Fator de eficiência que depende da forma em projeção da asa (adimensional).
Coeficiente da resistência induzida:
    $C_{D_{i}}={\frac {D_{i}}{{\frac {1}{2}}\rho V^{2}S}}={\frac {{C_{L}}^{2}}{\pi Ae}}$
Onde (além das variáveis descritas na equação anterior):
    $C_{L}\,$ - Coeficiente de sustentação.
    $A\,$ - Largura da asa.

### Resistência total

A fórmula da resistência aerodinâmica total criada por um avião em vôo é:
    $D=qSC_{D}={\frac {1}{2}}\rho V^{2}SC_{D}$
Onde:
    $D\,$ - Resistência. Se utiliza a letra "D" pelo termo em inglês drag (arraste).
    $\rho \,$ - Densidade do fluido.
    $V\,$ - Velocidade.
    $S\,$ - Superfície alar em projeção (área da superfície onde se forma a resistência).
    $C_{D}\,$ - Coeficiente aerodinâmico de resistência.
    $q={\frac {1}{2}}\rho V^{2}\,$ - Este termo se denomina pressão dinâmica.
Portanto, a fórmula do coeficiente aerodinâmico de resistência é:
    $C_{D}={\frac {D}{{\frac {1}{2}}\rho V^{2}S}}$
Assim, a resistência aerodinâmica total é a soma da resistência parasita e a induzida, pelo que:
    $C_{D}=C_{D_{parasita}}+C_{D_{inducida}}$

## Em automobilismo

A fórmula da resistência aerodinâmica total criada por um automóvel em movimento é idêntica à utilizada em aeronáutica.
A utilização do coeficiente é muito mais cômoda que a utilização de forças.

### Fatores que afetam a aerodinâmica de um carro

* As formas suaves (para-choque, retrovisores, faróis,...) podem melhorar a aerodinâmica. Ainda que, um final do teto ou do porta-malas em ângulo e dirigido para baixo (como nos modelos Audi A2, Citroën C4, Primer Astra e Irisar PB), seja melhor um final de teto ou porta-malas arredondado(Megane Classic e Clío sedan).
* As partes baixas carenadas são uma solução pouco utilizada, mas eficiente. Além disso, podem ser utilizadas para fazer o carro mais estável, com muito pouca penalização na resistência.(Renault Clío Sport 2006)
* A quantidade de superfície que se enfrenta ao vento é junto com o coeficiente aerodinâmico os dois fatores que determinam a resistência aerodinâmica final.

#### Aerodinámica enganosa

O que um veículo seja mais ou menos aerodinâmico depende mais de detalhes tais como a inclinação dos parabrisas que de formas espetaculares (Citröen CX, Lamborghini Countach ).
    Dois exemplos:
Obviamente, como a resistência aerodinámica se reflete em uma força que se opõe ao movimento e que pode estimar-se a partir dos coeficientes anteriores, também existirá um gasto energético adicional necessário para vencer esta resistência, que usualmente se quantifica como uma potência, caso no qual nos resulta de utilidade a seguinte fórmula:
    ${\begin{matrix}{\mbox{Potencia}}=&{\frac {\mbox{Trabalho}}{\mbox{Tempo}}}=&{\frac {{\mbox{Força}}\cdot {\mbox{Espaço}}}{\mbox{Tempo}}}=&{\mbox{Força}}\cdot {\mbox{Velocidade}}&\\\\{\mbox{Potencia}}=&{\cfrac {\delta W}{dt}}=&{\cfrac {F\delta r}{dt}}=&F\cdot V=&{\cfrac {1}{2}}\rho SC_{x}V^{3}\end{matrix}}$
Por tanto, se conhecemos os dados aerodinâmicos de um corpo também podemos calcular a potência necessária para mov~e-lo por um fluido a certa velocidade, tal como se mostra no seguinte exemplo:
    Dados:
       Veículo considerado: Audi A3 (Segunda geração, 2003-presente)
       Superfície frontal: $S=2,13\ {\text{m}}^{2}$ (dado oficial)
       Coeficiente de penetração: $C_{x}=0,32\,$ (dado oficial)
       Densidade do ar: $\rho =1,225\ {\text{kg}}/{\text{m}}^{3}$ (densidade a 0 metros segundo) International Standard Atmosphere (ISA)
       Velocidade: $V=120\ {\text{km}}/{\text{h}}=33,33\ {\text{m}}/{\text{s}}$
    Cálculo:
       $P=F_{x}\cdot V={\frac {1}{2}}\rho SC_{x}V^{3}={\frac {1}{2}}\cdot 1,225\cdot 2,13\cdot 0,32\cdot {33,33}^{3}=15457,58\ {\text{W}}=21,03\ {\text{CV.}}$
No entanto, não devemos esquecer que este não é a potência total necessária, já que na realidade no movimento propulsionado de um carro, além da resistência aerodonâmica existem outras resistências, como por exemplo o atrito com o solo, assim como as perdas mecânicas.

### Exemplos de coeficientes aerodinâmicos de carros

| Corpo | Superficie frontal ($m^{2}$) | $C_{x}$ | $SC_{x}$ ($m^{2}$) |
| Opel Insignia (2009) | | 0,27 | |
| Audi A3 (2003) | 2,13 | 0,32 | 0,68 |
| Audi A6 (1997) | | 0,28 | |
| Opel Kadett (1989) | | 0,38 | |
| BMW Serie 1 (2004) | 2,09 | 0,31 | 0,65 |
| Citröen CX (1974) | 1,93 | 0,36 | 0,71 |
| Citröen C4 coupe | | 0,28 | |
| Opel Astra (2004) | 2,11 | 0,32 | 0,68 |
| Peugeot 807 (2002) | 2,85 | 0,33 | 0,94 |
| Renault Espace (1997) | 2,54 | 0,36 | 0,92 |
| Renault Espace (2002) | 2,8 | 0,35 | 0,98 |
| Renault Vel Satis (2002) | 2,37 | 0,33 | 0,79 |
| Hispano Divo (2003)¹ | 9,2 | 0,349 | 3,21 |
| Irizar PB (2002)¹ | 9,2 | 0,55 | 5,06 |
| Caminhão com defletores ¹ | 9 | 0,70 | |
| Ônibus ¹ | 9 | 0,49 | |
| Motocicleta ¹ | | 0,70 | |
| Fórmula 1 em Mônaco (o maior) ² | | 1,084 | |
| Fórmula 1 em Monza (o menor) ² | | 0,7 | |
| Paraquedas ¹ | | 1,33 | |
| Perfil alar simétrico ¹ | | 0,05 | |
| Esfera ¹ | | 0,1 | |
| Cubo valor de referência ¹ | | 1 | |
* ¹Valores aproximados. Cada modelo tem um $C_{x}$ diferente, mas se aproximará do valor da tabela. Além da forma inflem outros fatores, como a rugosidade da superfície. Por exemplo, uma bola de golfe é mais aerodinâmica, por suas perfurações, que uma esfera equivalente.
* ²Os coeficientes dos veículos de Fórmula 1 podem variar segundo a configuração de suas superfícies aerodinâmicas, a qual se ajusta para cada circuito.