Voo

O é a ação de voar, aerodinamicamente, utilizando sustentação, ou aerostaticamente, utilizando flutualidade. Pode ser mecânico (no caso das aeronaves) ou biológico (animais que podem voar, tais como muitas espécies de insetos, morcegos e aves). O voo biológico pode ser dividido em voo ativo (verdadeiro), em que há o bater de asas, e a planagem, que seria o voo em que o indivíduo se utilizaria apenas da resistência do ar para pairar.

Muitas coisas podem voar, desde animais aviadores como pássaros, morcegos e insetos, até planadores/paraquedistas naturais como animais patagios, sementes anemocóricas e balistosporos, até invenções humanas como aeronaves, que podem impulsionar naves espaciais e aviões espaciais.

Os aspectos de engenharia do voo são o escopo da engenharia aeroespacial que é subdividida em aeronáutica, o estudo de veículos que viajam pela atmosfera, e astronáutica, o estudo de veículos que viajam pelo espaço, e balística, o estudo do voo de projéteis.

Tipos

Voo flutuante

thumb|Um dirigível voa porque a força ascendente, do deslocamento do ar, é igual ou maior que a força da gravidade.|227x227px

Os humanos conseguiram construir veículos mais leves que o ar que se erguem do chão e voam, devido à sua flutuabilidade no ar.

Um aeróstato é um sistema que permanece no ar principalmente através do uso de flutuabilidade para dar à aeronave a mesma densidade geral do ar. Os aeróstatos incluem balões gratuitos, dirigíveis e balões ancorados. O principal componente estrutural de um aeróstato é o seu envelope, uma pele leve que envolve um volume de gás de elevação para fornecer flutuabilidade, ao qual outros componentes são anexados.

Os aeróstatos são assim chamados porque usam sustentação "aerostática", uma força de empuxo que não requer movimento lateral através da massa de ar circundante para efetuar uma força de sustentação. Por outro lado, os aerodynes usam principalmente a sustentação aerodinâmica, que requer o movimento lateral de pelo menos uma parte da aeronave através da massa de ar circundante.

Voo aerodinâmico

Voo não motorizado versus voo motorizado

Algumas coisas que voam não geram impulso propulsor pelo ar, por exemplo, o esquilo voador. Isso é chamado de deslizamento. Algumas outras coisas podem explorar o ar ascendente para escalar, como aves de rapina e planadores feitos pelo homem. Isso é chamado de subida. No entanto, a maioria das outras aves e todas as aeronaves motorizadas precisam de uma fonte de propulsão para subir. Isso é chamado de voo motorizado.

Voo de animais

thumb|Um pato-real fêmea voando. thumb|Hemicordulia tau thumb|Um Papagaio-da-Nova-Zelândia voando.

Os únicos grupos de seres vivos que usam voo motorizado são pássaros, insetos e morcegos, enquanto muitos grupos evoluíram como planadores. Os extintos pterossauros, uma ordem de répteis contemporânea dos dinossauros, também foram animais voadores de muito sucesso. As asas de cada um desses grupos evoluíram independentemente, sendo os insetos o primeiro grupo de animais a desenvolver o voo. As asas dos grupos de vertebrados voadores são todas baseadas nos membros anteriores, mas diferem significativamente na estrutura; as de insetos são consideradas versões altamente modificadas de estruturas que formam brânquias na maioria dos outros grupos de artrópodes.

Os morcegos são os únicos mamíferos capazes de sustentar o voo nivelado. No entanto, existem vários mamíferos planadores que são capazes de deslizar de árvore em árvore usando membranas carnudas entre seus membros; alguns podem viajar centenas de metros dessa maneira com pouca perda de altura. As rãs voadoras usam pés palmados muito alargados para um propósito semelhante, e há lagartos voadores que dobram suas costelas móveis em um par de superfícies planas de deslizamento. As cobras voadoras também usam costelas móveis para achatar seu corpo em uma forma aerodinâmica, com um movimento para frente e para trás muito parecido com o que eles usam no chão.

Os peixes voadores podem planar usando barbatanas semelhantes a asas e foram observados voando por centenas de metros. Acredita-se que essa habilidade foi escolhida pela seleção natural porque era um meio eficaz de escapar de predadores subaquáticos. O voo mais longo registrado de um peixe voador foi de 45 segundos.

A maioria dos pássaros voa, com algumas exceções. As maiores aves, o avestruz e a emu, são aves terrestres que não voam, assim como os agora extintos dodôs e os Phorusrhacids, que eram os predadores dominantes da América do Sul na era cenozóica. Os pinguins não voadores têm asas adaptadas para uso debaixo d'água e usam os mesmos movimentos de asas para nadar que a maioria das outras aves usam para voar. A maioria das pequenas aves que não voam são nativas de pequenas ilhas e levam um estilo de vida em que o voo ofereceria pouca vantagem.

Entre os animais vivos que voam, o albatroz errante tem a maior envergadura, até 3,5 metros (11 pés); a abetarda tem o maior peso, chegando a 21 kg (46 libras).

A maioria das espécies de insetos pode voar como adultos. O voo dos insetos faz uso de qualquer um dos dois modelos aerodinâmicos básicos: criando um vórtice de ponta, encontrado na maioria dos insetos, e usando palmas e arremessos, encontrados em insetos muito pequenos, como tripes.

Vertebrados A planagem e o voo verdadeiro surgiram algumas vezes independentemente na filogenia dos vertebrados, fazendo esses caracteres, às vezes correlacionados, ficarem espalhados tanto nos grupos viventes quanto naqueles que só temos acesso por registros fósseis. Assim, temos duas principais hipóteses para a origem do voo ativo, sendo a primeira a partir da planagem e a segunda do chão para o céu. Na primeira, alguns dinossauros já com penas e asas teriam começado a saltar de árvores e planar até o chão e só depois outras adaptações que permitem a sustentação do corpo do animal com o bater de asa teriam sido selecionadas. Na segunda hipótese, essas adaptações que permitiram o animal levantar voo diretamente do chão teriam surgido primariamente, não havendo, portanto, relação evolutiva com a planagem.

Mecânico

thumb|Um Robinson R22 Beta em 2003.

O voo mecânico é o uso de uma máquina para voar. Essas máquinas incluem aeronaves como aviões, planadores, helicópteros, autogiros, dirigíveis, balões, ornitópteros, bem como naves espaciais. Os planadores são capazes de voar sem motor. Outra forma de voo mecânico é o parapente, onde um objeto semelhante a um paraquedas é puxado por um barco. Em um avião, a sustentação é criada pelas asas; a forma das asas do avião são projetadas especialmente para o tipo de voo desejado. Existem diferentes tipos de asas: temperadas, semi-temperadas, varridas, retangulares e elípticas. Uma asa de aeronave às vezes é chamada de aerofólio, que é um dispositivo que cria sustentação quando o ar flui através dela.

Supersônico

thumb|Um F/A-18 da US aproximando-se da barreira do som. A nuvem branca se forma como resultado dos ventiladores de expansão supersônicos que fazem a temperatura do ar ficar abaixo do ponto de orvalho. thumb|Um concorde da British Airways em 2003.O voo supersônico é o voo mais rápido que a velocidade do som. O voo supersônico está associado à formação de ondas de choque que formam um estrondo sônico que pode ser ouvido do solo. Essa onda de choque consome muita energia para ser criada e isso torna o voo supersônico geralmente menos eficiente do que o voo subsônico a cerca de 85% da velocidade do som.

Hipersônico

thumb|A Estação Espacial Internacional em órbita terrestre.

O voo hipersônico é um voo de velocidade muito alta, onde o calor gerado pela compressão do ar devido ao movimento através do ar causa mudanças químicas no ar. O voo hipersônico é alcançado principalmente pela reentrada de espaçonaves como o ônibus espacial e a Soyuz.

Balístico

Atmosférico Algumas coisas geram pouca ou nenhuma sustentação e se movem apenas ou principalmente sob a ação do momento, da gravidade, do arrasto do ar e, em alguns casos, do empuxo. Isso é chamado de voo balístico. Exemplos incluem bolas, flechas, balas, fogos de artifício etc.

Voo espacial

Essencialmente uma forma extrema de voo balístico, o voo espacial é o uso da tecnologia espacial para alcançar o voo de naves espaciais para dentro e através do espaço sideral. Exemplos incluem mísseis balísticos, voos espaciais orbitais, etc.

O voo espacial é usado na exploração espacial e também em atividades comerciais como turismo espacial e telecomunicações por satélite. Outros usos não comerciais de voos espaciais incluem observatórios espaciais, satélites de reconhecimento e outros Satélite de observação da Terra.

Um voo espacial normalmente começa com o lançamento de um foguete, que fornece o impulso inicial para superar a força da gravidade e impulsiona a espaçonave da superfície da Terra. Uma vez no espaço, o movimento de uma espaçonave; tanto quando sem propulsão quanto quando sob propulsão; é coberto pela área de estudo chamada astrodinâmica. Algumas naves espaciais permanecem no espaço indefinidamente, algumas se desintegram durante a reentrada atmosférica e outras atingem uma superfície planetária ou lunar para pouso ou impacto.

Propulsão de estado sólido Em 2018, pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT) conseguiram pilotar um avião sem partes móveis, movido por um “vento iônico” também conhecido como empuxo eletroaerodinâmico.

História Muitas culturas humanas construíram dispositivos que voam, desde os primeiros projéteis, como pedras e lanças, o bumerangue na Austrália, a lanterna de ar quente Kongming e pipas.

Aviação

George Cayley estudou voo cientificamente na primeira metade do século XIX, e na segunda metade do século XIX Otto Lilienthal fez mais de 200 voos de planador e também foi um dos primeiros a entender o voo cientificamente. Seu trabalho foi replicado e estendido pelos irmãos Wright que fizeram voos planadores e, finalmente, os primeiros voos controlados e estendidos, tripulados.

Voo espacial

O voo espacial, particularmente o voo espacial humano, tornou-se uma realidade no século XX, após avanços teóricos e práticos de Konstantin Tsiolkovsky e Robert H. Goddard. O primeiro voo espacial orbital foi em 1957, e Yuri Gagarin foi levado a bordo do primeiro voo espacial orbital tripulado em 1961.

Física

thumb|Dirigíveis mais leves que o ar são capazes de voar sem qualquer grande consumo de energia.

Existem diferentes abordagens para o voo. Se um objeto tem uma densidade menor que o ar, então ele é flutuante e é capaz de flutuar no ar sem gastar energia. Uma embarcação mais pesada que o ar, conhecida como aeródina, inclui animais e insetos voadores, aeronaves de asa fixa e aeronaves de asa rotativa. Como a embarcação é mais pesada que o ar, ela deve gerar sustentação para superar seu peso. A resistência ao vento causada pelo movimento da embarcação no ar é chamada de arrasto e é superada pelo empuxo propulsivo, exceto no caso de deslizamento.

Alguns veículos também usam empuxo para voo, por exemplo, foguetes e jatos Harrier Jump.

Forças thumb|Principais forças que atuam em uma aeronave mais pesada que o ar.

As forças relevantes para o voo são:

Impulso propulsor Elevação, criada pela reação a um fluxo de ar Arrasto, criado pelo atrito aerodinâmico Peso, criado pela gravidade Flutuabilidade, para voo mais leve que o ar

Essas forças devem ser equilibradas para que ocorra um voo estável.

Empuxo

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