Início da manipulação MHD1
O voo supersônico sem "estalo".
...Imaginemos um perfil lenticular imerso em um fluxo gasoso supersônico. Vão se formar ondas de choque (fixas), ondas planas. Duas dessas ondas sairão da borda de ataque e outras duas estarão próximas à borda de fuga. Em perspectiva:
Vista em perfil:
Analogia hidráulica.
...Existe uma maneira muito simples de compreender, por analogia, o mecanismo de formação das ondas de choque. Em um escoamento líquido com superfície livre, a propagação das ondas superficiais é equivalente à do som em um gás. Por exemplo, tomemos uma massa líquida em repouso. Um pescador observa seu boio e puxa levemente sua linha. Esse boio vai oscilar e provocar a emissão de ondas circulares, que se propagam a uma velocidade da ordem de alguns centímetros por segundo:
...Na sua banheira, você chegará ao mesmo resultado movendo para cima e para baixo um palito de fósforo, ou um palito de dente.
Se o fluido estiver em movimento (vista de cima), essas ondas circulares, que não foram emitidas no mesmo momento, vão se deslocar:
...A imagem da direita corresponde a um movimento "sônico". As ondas sonoras são a imagem de uma perturbação de pressão em um gás. Essas experiências de analogia hidráulica, outrora ensinadas na Escola Nacional Superior de Aeronáutica (Supaéro), da qual sou formado, eram objetos de trabalhos práticos.
...O que acontece quando o fluido se move a uma velocidade superior à velocidade de propagação das ondas superficiais? Obtemos o esquema a seguir:
..As perturbações emitidas pelo objeto tendem a se acumular segundo duas linhas que saem do objeto.
...Não todos têm um curso d'água à disposição. Por isso, em vez de considerar um objeto imóvel colocado em um fluxo líquido, podemos também movê-lo e obter o mesmo resultado. Você fará o mesmo na água da sua banheira, movendo seu palito de fósforo, ou a ponta de seu palito de dente, mais afiada. Então, se formarão o que chamamos de "ondas de Mach". Se conhecemos a velocidade a de propagação das ondas superficiais e a velocidade V de deslocamento do objeto, é fácil calcular o ângulo de Mach a.
...Inversamente, se medirmos esse ângulo a, podemos calcular a velocidade V do fluido.
...Essas ondas de Mach estarão tanto mais inclinadas quanto maior for essa velocidade V.
...Um vertedouro é um excelente laboratório hidráulico onde a velocidade V é variável, aumentando a jusante. Se colocar seu palito de fósforo na água, você observará o seguinte:
..Outro "laboratório hidráulico" é constituído por um canal. As irregularidades presentes na superfície vertical do passeio, em contato com a água em escoamento, provocam a emissão de ondas de Mach, assim como as que bordam a outra extremidade do canal líquido. A superfície da água é assim marcada por esse redor de ondas, que indicam ao mesmo tempo a direção e a velocidade do escoamento. O fluido escoa segundo a bissetriz interna das ondas de Mach. Se o escoamento, no canal, ocorrer a velocidade constante, a superfície líquida fica marcada por ondulações, ondas de Mach, formando "riscas paralelas":
...Se a velocidade da água aumenta, a jusante, porque a inclinação aumenta, as ondas vão se inclinar:
..Fenômeno inverso se houver desaceleração do fluido, porque a inclinação diminui:
..Essa desaceleração, em um canal, pode ser devido ao atrito da água com o solo, quando a profundidade se torna bastante pequena. Se você observar atentamente um escoamento, verá o seguinte:
...As ondas de Mach se levantam à medida que você se aproxima do "bordo da água", o atrito com o solo desacelerando o escoamento. Quando as ondas ficam perpendiculares ao escoamento, a velocidade se reduziu até a velocidade de propagação das ondas superficiais. O escoamento tornou-se "subsônico". Nessa região, as ondas de Mach desaparecem. Se você mergulhar um palito de fósforo ou um alfinete no escoamento, poderá comprovar isso.
...Assim, há muita coisa a aprender com a observação dos canais.
...Se o canal gira, teremos dois casos. Eis o primeiro:
..Ao fazer essa curva, a água vai se acelerar. Obtemos o que se chama, na mecânica dos fluidos, um "abano de expansão". O fato de as características se inclinarem indica essa aceleração. Correlativamente, a altura da água, equivalente à pressão em um gás, vai diminuir. Podemos completar esse desenho incluindo a segunda família de ondas de Mach:
....Para saber mais sobre a MHD, consulte a tirinha que publiquei em 1983 pelas Edições Belin, 8 rue Férou, Paris 75006. Você também pode obter a versão-CD desse álbum no "Cd-Lanturlu". Acesso ao formulário de pedido clicando no ícone no final da página.
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Contador inicializado em 1º de junho de 2000