A força de atrito do ar sobre carros

Quando um corpo se movimenta em contato com o solo ou fluido, esses meios aplicarão sobre esse corpo uma força de resistência que se opõe ao movimento, denominada força de atrito.

Podemos citar vários casos em que as forças de atrito atuam em nosso cotidiano, como o som produzido por um violino que depende do atrito entre as cordas e o arco, ao caminharmos dependemos do atrito entre nossos pés e o solo, a força de resistência do ar que atua sobre um paraquedista no momento de abertura de seu paraquedas etc.

Quando estamos andando de carro existem duas forças que se opõe ao movimento: o atrito dos pneus com o solo e a resistência do ar. O papel do motor do veículo é fornecer energia suficiente para superar essas resistências e se movimentar. Neste texto iremos compreender como a força de resistência do ar pode ser determinada.

Quatro grandezas são necessárias para a determinação da força de resistência do ar, que será chamada de F_AR. A primeira grandeza é a área (A) medida a partir da visão frontal do veículo, a velocidade (v) do carro, a densidade do ar chamada de ρ, e por último uma constante adimensional denominada coeficiente de arraste(C), que depende da forma do veículo. Os valores mais comuns para o coeficiente de arraste variam de 0,35 até 0,50.

A equação abaixo determina a força de resistência do ar sobre um carro:

F_AR =   1   .C.A.p.v²
2    

Exemplo: Imagine um veículo que possua coeficiente de arraste C igual a 0,40 e área frontal A de 1,50 m². Se esse carro se movimenta em uma rua residencial com velocidade de 10 m/s (36Km/h), qual deve ser a força de resistência do ar sobre ele?

Dado: Densidade do ar igual a aproximadamente 1,2 Kg/m³.

F_AR = 0,5 . 0,40 . 1,50 . 1,2 . 10² = 36N

A força de resistência sobre esse veículo seria de 36N.

A engenharia trabalha para a fabricação de carros cada vez mais aerodinâmicos a fim de diminuir ao máximo a atuação da força de resistência do ar. O formato de gota d'água é o que apresenta melhor esses resultados por eliminar as turbulências na parte traseira dos carros, facilitando o deslocamento.

A imagem acima ilustra a passagem das correntes de ar sobre um objeto em formato de gota d'água, que é o formato mais aerodinâmico para vencer a resistência do ar.