Para um vôo de vinte e sete horas, que é aproximadamente o tempo que levei para voltar da Nova Zelândia. Lá em cima, nos confortáveis assentos da Qatar Airways, eu me perguntava como nós conseguimos voar tão bem sem cair no chão, como diria M. Rajoy, “é senso comum”. Estas são as respostas.
Air aviões voam porque não há força resultante. E quando um corpo não é submetido a nenhuma força, ele continuará parado ou a uma velocidade constante. Isto já foi dito por Isaac Newton na sua primeira lei. Mas isso não significa que não haja força a actuar no avião. O avião tem um peso, os passageiros e suas bagagens têm um peso, e cada molécula no ar empurrada pelos motores ou batendo na fuselagem gera uma força. O que acontece é que os engenheiros conseguiram usar alguns desses choques para contrabalançar o peso e o arrasto do ar.
Para resumir, pode-se dizer que os aviões voam baseados principalmente em duas teorias que aprendemos na escola secundária, mesmo que não soubéssemos realmente para que diabos eram: primeiro, o efeito Venturi, e segundo, mais importante, a terceira lei de Newton, também conhecida como a “lei de ação e reação”.
Deixemos começar com as forças com direção vertical. O que puxa para baixo é a força da gravidade e o que aponta para cima é o impulso. Mas de onde vem este último? Embora venha de toda a fuselagem, ou seja, de todo o corpo da aeronave (Figura 1), a maior parte vem das asas, e em ambos os casos isto acontece graças ao efeito Venturi (Figura 2).
O efeito Venturi é que quando um fluido aumenta a sua velocidade, a sua pressão diminui. Para tirar proveito disso, as asas das aeronaves são concebidas de tal forma que a sua parte superior é mais curva do que a inferior, o que significa que a distância a ser percorrida pelo ar é maior na parte superior e, portanto, que é forçada a aumentar a sua velocidade. Devido ao efeito Venturi, isto faz com que a pressão diminua acima da asa (quanto maior for a velocidade, menor será a pressão). Em resumo, a parte inferior da asa tem uma pressão mais elevada do que a parte superior, o que exerce um impulso ascendente que ajuda a aeronave a permanecer no ar.
No entanto, a força exercida pelo efeito Venturi não é suficiente por si só para manter o avião no ar, e é aqui que entra em jogo a terceira lei de Newton, que afirma que uma determinada força ou ação produzida sobre um objeto gera uma reação de igual intensidade, mas na direção oposta (tente cortar uma parede e você saberá do que estamos falando).
E como é que esta teoria é usada nas aeronaves? Bem, novamente, graças à forma e posição das asas, que são concebidas para que o ar que passa por elas seja impelido para baixo, gerando assim uma força de acção para baixo no ar, o que, devido à lei de Newton acima mencionada, resulta numa força de reacção para cima na asa. Claro que, quanto mais rápido você for, mais força você recebe, e é por isso que os aviões precisam atingir uma velocidade muito alta primeiro para decolar e depois ficar no ar.
Uma maneira simples de verificar o que estou dizendo é enfiar a mão fora da janela do carro. Se em vez de colocar a mão em perfil, você incliná-la ligeiramente para enfrentar o vento, você estará deslocando o ar para baixo e sentirá uma força ascendente que tende a levantar não apenas a mão, mas todo o braço.
A terceira lei de Newton também é ajudada pelo chamado efeito Coanda, um fenômeno físico pelo qual um fluido tende a aderir e a seguir a trajetória de um objeto com o qual está em contato. No caso dos aviões, o ar (fluido) tende a aderir à asa do avião (o objecto que atinge) e a seguir a sua trajectória (isto é, seguir uma direcção descendente). Você pode ver um exemplo prático na colher da fotografia ou, melhor ainda, neste vídeo.
E como ele é gerado pelo corpo da aeronave? É conseguido porque as moléculas do ar o empurram para cima. Graças à sua forma, em movimento há mais moléculas colidindo em baixo do que em cima, (da mesma forma que quando você corre na chuva há menos gotas batendo nas suas costas) e aquelas colidindo em cima colidem com muito menos velocidade do que aquelas colidindo em baixo, o que gera uma diferença de pressão que é o que eleva o plano (Figura 1).
Agora, no eixo horizontal temos uma força que empurra o plano para trás. Esta força são as moléculas do ar que colidem com a aeronave. Para neutralizar esta força são os motores, que impulsionam as moléculas de ar para trás, e fazem-no girando rapidamente com as suas pás. Grandes e poucos em aviões a hélice, e muitos e pequenos em aviões a turbina.
Bem, sabemos mais ou menos porque é que um avião voa, mas porque é que voa tão alto? A maioria das aeronaves comerciais navega a uma altitude de quase 35.000 pés, cerca de 10,6 quilómetros. Se pensarmos bem, é muita altitude. Porque não voar apenas alguns quilómetros acima do solo, que é altitude mais do que suficiente para que o avião não tenha problemas com estruturas como torres ou arranha-céus? Se você está tentando evitar montanhas, mesmo que todas as montanhas do mundo fossem tão altas quanto o Everest (8,8 quilômetros), por que tomar quase 2.000 metros a mais de margem de segurança?
Bem, antes de tudo, a altitude em que a maioria dos aviões voam não é uma escolha arbitrária. Há muito boas razões para isso. As principais são as seguintes.
Uma das principais razões pelas quais as aeronaves comerciais voam tão alto é a resistência do ar. Quanto mais alto se vai acima do solo, mais fina se torna a atmosfera e, portanto, menos resistência há ao voo da aeronave. Os aviões voam a esta altitude desde que os motores a jacto foram inventados (os aviões já não utilizam os motores a jacto originais, agora utilizam turbofans). Estes motores, sendo mais parecidos com sistemas de jacto de foguetes, têm um impulso específico mais elevado, uma vez que há menos ar. Ainda assim, eles precisam de oxigênio atmosférico para manter a combustão.
Em qualquer caso, quanto mais moléculas de ar a aeronave tiver que limpar em seu caminho, mais energia ela requer, mais combustível consome, e maiores serão os custos operacionais como resultado. Devido ao menor arrasto em altitudes mais elevadas, as aeronaves comerciais voam com o mínimo de queima de combustível. É por isso que 35.000 pés é conhecida como a “altitude de cruzeiro”, onde se consegue um equilíbrio entre custos operacionais e eficiência de combustível.
Outra razão importante é que, em altitude de cruzeiro, a atmosfera é mais estável e eles normalmente não têm que se preocupar com nuvens e outros fenômenos meteorológicos, como trovoadas. As aeronaves podem navegar através das nuvens e trovoadas sem grandes problemas, mas quando o fazem, a turbulência é inevitável, o que, além de desconfortável para os passageiros, pode causar pânico no cockpit.
Alcanhar obstáculos é uma terceira e óbvia razão. Se você estiver pilotando um avião no console ou computador, você pode voar baixo, fazer somersaultos, ir entre prédios, passar por gargantas e assim por diante. Mas essa não é a realidade. Se fazê-lo é demasiado perigoso mesmo para um pequeno avião de combate ou de exposição, para um grande avião comercial é virtualmente impossível. Com um veículo pequeno, até eu poderia fazer manobras impossíveis para um ônibus urbano.
Plus, como todos sabem, o terreno não é a palma da sua mão, mas acima do nível do mar há uma infinidade de aterros sanitários, por isso a aeronave sobe a uma altitude suficientemente alta para se manter afastada de todo o tipo de aterros sanitários. E, se se pretende evitar as tempestades de neve, voar a 35.000 pés também garante que a aeronave esteja bem acima do vôo da maioria das aves. Isso é crucial, pois os ataques de pássaros podem ser muito mais do que um mero contratempo ou aborrecimento.
Têm havido muitos casos de ataques de pássaros, mas o que recebeu mais atenção foi o caso do voo 1549 da US Airways. Em 15 de Janeiro de 2009, um avião (Airbus 320) fez uma aterragem milagrosa sem motor no rio Hudson depois de ter sido atingido por um bando de aves pouco depois da descolagem do aeroporto LaGuardia, em Nova Iorque. Por incrível que pareça, não houve uma única baixa. É por isso que a aterragem acidentada e feliz – feita no filme Sully, realizado por Clint Eastwood e protagonizado por Tom Hanks – é conhecida como o “milagre no Hudson”.
Suponha que você está pilotando um avião comercial a apenas um quilômetro acima do solo e algo dá errado. O avião começa a mergulhar no nariz. Você sabe que pode consertar o problema que está fazendo o avião descer rapidamente, mas ele está caindo muito rápido e você simplesmente não tem tempo suficiente para consertar o problema. Nesse momento, você pensaria: “Se eu tivesse mais tempo…”. Essa é outra razão pela qual as aeronaves comerciais voam a uma altitude de cerca de 11 km, uma altitude que funciona como uma “almofada de segurança” e dá aos pilotos tempo para consertar as coisas se algo der errado.