E13 Eficiência

Tópico

Este módulo é o ponto de síntese de energia de todo o sistema: ele integra a polaridade do arrasto fornecida pela aerodinâmica do perfil aerodinâmico, a geometria da asa — sua área e razão de aspecto —, o peso da ave e a densidade do ar imposta pelas condições do fluido, para produzir a curva de potência mecânica que a ave requer em função da velocidade de voo.

Essa curva de potência tem formato de U e, dentro desse formato de U, existem duas velocidades características particularmente importantes: a velocidade de potência mínima, onde o consumo de energia por unidade de tempo é o menor possível, e a velocidade de alcance máximo, onde o consumo de energia por unidade de distância percorrida é o menor possível.

Esse formato de U existe porque a ave não pode voar muito devagar: em baixas velocidades, o arrasto induzido aumenta significativamente a potência mecânica necessária, pois, para gerar a mesma sustentação em baixa velocidade, a asa precisa de um ângulo de ataque muito maior, e esse ângulo de ataque maior multiplica o arrasto induzido que a asa deve vencer.

A ave também não pode voar muito rápido: em altas velocidades, é o arrasto parasita — o arrasto gerado pelo próprio corpo da ave enquanto se move pelo ar, independente da sustentação produzida pela asa — que impulsiona a potência mecânica necessária, pois esse arrasto parasita aumenta com o quadrado da velocidade de voo.

Entre esses dois extremos, onde o arrasto induzido predomina em baixas velocidades e o arrasto parasita predomina em altas velocidades, existe um ponto mínimo na curva de potência: essa é a velocidade de potência mínima, a velocidade na qual a ave consome energia de forma mais eficiente por unidade de tempo no ar.

Um pouco acima dessa velocidade de potência mínima encontra-se a velocidade de alcance máximo, o ponto exato na curva de potência onde uma linha reta traçada a partir da origem toca a curva sem cruzá-la. Nessa velocidade de alcance máximo, a ave não gasta a menor quantidade de energia por unidade de tempo, mas percorre a maior distância possível para cada unidade de energia consumida, porque nessa velocidade específica a relação entre a distância percorrida e a energia gasta é a mais favorável em toda a curva.

Essa curva de potência em forma de U, com sua velocidade mínima de potência e velocidade máxima de alcance, é a física fundamental da economia de voo: é a mesma curva que é truncada quando um músculo peitoral danificado reduz o limite de potência disponível, a mesma curva que se desloca para cima quando um peso corporal maior exige mais sustentação em cada velocidade, e a mesma curva cuja velocidade máxima de alcance determina, em última análise, o alcance teórico máximo que as reservas de gordura de uma ave permitem que ela cubra durante uma fase migratória.

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