Coeficiente de resistência aerodinâmica

O coeficiente de arrasto ${\displaystyle c_{\mathrm {d} }\,}$ é definido como:

${\displaystyle c_{\mathrm {d} }={\dfrac {2\cdot F_{\mathrm {d} }}{\rho v^{2}A}}\,,}$

onde:

${\displaystyle F_{\mathrm {d} }\,}$ é a força de arrasto, a qual é por definição o componente de força na direção da velocidade de fluxo,^{[nota 1]}

${\displaystyle \rho \,}$ é a densidade de massa de um fluido,^{[nota 2]}

${\displaystyle v}$ é a velocidade do objeto relativo ao fluido, e

${\displaystyle A\,}$ é a área de referência.

A área de referência depende de qual tipo de coeficiente de arrasto está sendo medido. Para automóveis e muitos outros objetos, a área de referência é a área de projeção frontal do veículo. Esta pode não necessariamente ser a área da seção transversal do veículo, dependendo sobre onde a seção transversal é tomada. Por exemplo, para uma esfera ${\displaystyle A=\pi r^{2}\,}$ (note-se que esta não é a área de superfície = ${\displaystyle \!\ 4\pi r^{2}}$ ).

Para aerofólios, a área de referência é a área da superfície alar. Dado que esta tende a ser uma área maior comparada à área da projeção frontal, os coeficientes de arrasto resultantes tendem a ser baixos: muito mais baixos que para um carro com o mesmo arrasto, área frontal e a mesma velocidade.

Dirigíveis e alguns corpos de revolução usam o coeficiente de arrasto columétrico, no qual a área de referência é o quadrado da raiz cúbica do volume do dirigível. Corpos submersos em fluxo alinhado usa a superfície molhada.

Dois objetos tendo a mesma área de referência movendo-se na mesma velocidade através de um fluido experimentarão um,a força de arrasto proporcional a seus respectivos coeficientes de arrasto. Coeficientes para objetos em fluxos não alinhados podem ser 1 ou mais, para objetos fluxo alinhado muito menos.

Ver artigo principal: Equação do arrasto

A equação do arrasto:

${\displaystyle {\vec {F}}_{\mathrm {d} }={\frac {\rho v^{2}c_{\mathrm {d} }A}{2}}{\hat {v}}}$

Uma placa circular plana tem um ${\displaystyle {\mathbf {c}}_{\mathrm {x} }\,}$ igual a 1, ainda que a turbulência que se forma em volta dela aumente esse valor para 1,2, mesmo valor para o Usain Bolt.^[6]

Uma gota de água, considerada com uma aerodinâmica baixíssima, quase perfeita, tem um ${\displaystyle {\mathbf {c}}_{\mathrm {x} }\,}$ de 0,05.

Em geral, ${\displaystyle c_{\mathrm {d} }\,}$ , não é uma constante absoluta para uma determinada forma do corpo. Ela varia com a velocidade do fluxo de ar (ou normalmente com o coeficiente de Reynolds). Uma esfera lisa, por exemplo, tem um cd, que varia de valores altos para fluxo laminar a 0,47 para fluxo turbulento. Embora o coeficiente de arrasto diminua com o aumento de Re, a força de arrasto aumenta.

cd	Item
0.001	Placa plana paralela ao fluxo laminar (${\displaystyle \!\ Re=10^{6}}$ )
0.005	Placa plana paralela ao fluxo turbulento (${\displaystyle \!\ Re=10^{6}}$ )
0.1	Esfera lisa (${\displaystyle \!\ Re=10^{6}}$ )
0.48	Esfera lisa (Re = ${\displaystyle \!\ 10^{5}}$ )
0.7	Um ciclista em uma bicicleta
0.24	Mercedes-Benz E-Class Coupé [7]
0.295	Projétil (sem ser Ogiva, em velocidade subsônica)
1.0–1.3	Pessoa em pé
1.28	Placa plana perpendicular ao fluxo (3D)
1.98–2.05	Placa plana perpendicular ao fluxo (2D)
1.0–1.1	Esqui
1.0–1.3	Cabos e Fios
1.1-1.3	ski jumper[8]
1.3–1.5	Empire State Building
1.8–2.0	Torre Eiffel
2.1	Tijolo
[9]

Como mencionado acima, as aeronaves usam a área das asas como a área de referência ao calcular o ${\displaystyle c_{\mathrm {d} }\,}$ , enquanto os automóveis (e muitos outros objetos) usam área transversal frontal; Assim, os coeficientes não são diretamente comparáveis entre essas classes de veículos.

• "Como funciona a aerodinâmica" - HSW
• "Aerodinâmica, o poder do vento" - BCWS

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