Mostrar código-fonte de Velocidade em relação ao ar

[[Ficheiro:FAA-8083-3A Fig 12-1.PNG|thumb|right|Um [[velocímetro (aeronáutica)|velocímetro]] é um [[instrumento de voo]] que mostra a velocidade em relação ao ar. Esse velocímetro possui marcações padronizadas para um [[avião]] multimotor.]]
[[Ficheiro:ILA-Pitotrohr.jpg|thumb|Aeronaves têm [[Tubo de Pitot|tubos de Pitot]] para medir a velocidade em relação ao ar.]]

'''Velocidade em relação ao ar''' é a [[rapidez]] de uma [[aeronave]] relativa ao [[ar]]. Entre as convenções comuns para qualificar a velocidade em relação ao ar estão a velocidade indicada ("IAS"), velocidade calibrada ("CAS"), velocidade equivalente ("EAS"), velocidade verdadeira ("TAS"), e velocidade-densidade.

Velocidade indicada é simplesmente o que é lido de um medidor de velocidade conectado a um sistema de Pitot estático, velocidade calibrada é a velocidade indicada ajustada para o erros de instalação e de posicionamento do sistema de Pitot, e velocidade equivalente é a velocidade calibrada ajustada para efeitos de [[compressibilidade]]. Velocidade verdadeira é a velocidade equivalente ajustada para a densidade do ar, e é também a rapidez da aeronave através do ar no qual ela está voando.<ref>{{citar web|url=http://www.calpoly.edu/~rcumming/Airspeed.pdf |título=Airspeed Measurements |autor =Russell M. Cummings |obra=Aerospace Engineering Department |publicado=[[California Polytechnic State University]]|idioma=en}}</ref> A divergência da velocidade calibrada está tipicamente dentro de alguns nós da velocidade indicada, enquanto que a velocidade equivalente diminui levemente da CAS conforme a altitude da aeronave aumenta ou em altas velocidades.

Com a EAS constante, a velocidade verdadeira aumenta conforme a [[altitude]] da aeronave aumenta. Isso se deve à diminuição da [[densidade do ar]] em altitudes maiores, mas a asa de uma aeronave requer a mesma quantidade de partículas de ar (ou seja, [[massa de ar]]) fluindo ao seu redor para produzir a mesma quantidade de [[Sustentação (aerodinâmica)|sustentação]] para dado [[ângulo de ataque]] ("AOA"); assim, uma asa deve mover-se mais rápido através de ar mais rarefeito do que através de ar mais denso para obter a mesma quantidade de sustentação.

A medição e indicação da velocidade em relação ao ar é normalmente realizada a bordo de uma aeronave por meio de um [[velocímetro (aeronáutica)|velocímetro]] ("ASI") conectado a um sistema de Pitot estático. O sistema de Pitot estático é composto de um ou mais [[Tubo de Pitot|tubos de Pitot]] (ou sondas) voltadas em direção ao fluxo de ar que se aproxima para medir a pressão de Pitot (também chamada de [[pressão de estagnação]], total ou de impacto) e uma ou mais portas estáticas para medir a pressão estática no fluxo de ar. Essas duas pressões são comparadas pelo ASI para fornecer uma leitura de IAS.

== Velocidade indicada ==
{{Artigo principal|Velocidade indicada}}

[[Velocidade indicada]] (IAS) é a leitura do [[velocímetro (aeronáutica)|velocímetro]] (ASIR) não corrigida para erros de instrumentos, posição, entre outros. Das atuais definições da EASA: Velocidade indicada significa a rapidez de uma aeronave como mostrada em seu velocímetro de Pitot estático calibrado para refletir o fluxo compressível adiabático em atmosfera padrão ao nível do mar não corrigido para erros do sistema de velocidade em relação ao ar.<ref>{{citar web|url= http://easa.europa.eu/ws_prod/g/doc/Agency_Mesures/Certification_Spec/decision_ED_2003_11_RM.pdf |título= Definitions and abbreviations used in Certification Specifications for products, parts and appliances |publicado= EASA |data=5 de novembro de 2003|idioma=en}}</ref>

Fora do antigo bloco soviético, a maior parte dos velocímetros mostra a velocidade em [[Nó (unidade)|nós]] (milhas náuticas por hora). Algumas aeronaves leves possuem velocímetros que mostram a velocidade em milhas estatutárias por hora ou quilômetros por hora.

Um [[velocímetro (aeronáutica)|velocímetro]] é um medidor de pressão diferencial, com a leitura de pressão expressa em unidades de velocidade, em vez de pressão. A velocidade em relação ao ar é derivada da diferença entre a pressão de impacto proveniente do tubo de Pitot, ou [[pressão de estagnação]], e a [[pressão estática]]. O tubo de Pitot é montado voltado para a frente; a pressão estática é frequentemente detectada em portas estáticas em um ou ambos os lados da aeronave. Algumas vezes ambas as fontes de pressão são combinadas em uma única sonda, um [[Tubo de Pitot|tubo de Pitot-estático]]. A medição da pressão estática está sujeita a erro devido a impossibilidade de se colocar as portas estáticas em posições nas quais a pressão é realmente pressão estática em todas as velocidades e atitudes. A correção para esse erro é a correção de [[erro de posição]] (PEC) e varia para diferentes aeronaves e velocidades. Mais erros de 10% ou mais são comuns se o avião é voado em um voo "descoordenado".

==Velocidade calibrada==
{{Artigo principal|Velocidade calibrada}}
[[Velocidade calibrada]] (CAS) é a velocidade indicada corrigida para os erros de instrumentos, erro de posição (devido à pressão incorreta na porta estática) e erros de instalação.

Valores da velocidade calibrada inferiores à [[velocidade do som]] no nível do mar padrão ({{fmtn|661.4788|nós}}) são calculados como segue:

<math>V_c=A_0\sqrt{5\Bigg[\bigg(\frac{q_c}{P_0}+1\bigg)^\frac{2}{7}-1\Bigg]}</math> menos a correção de erro de posição e instalação.

;onde
:<math>V_c \, </math> é a velocidade calibrada,
:<math>q_c \,</math> é a [[pressão dinâmica]] (polegadas de Hg) medida pelo tubo de Pitot,
:<math>P_0 \, </math> é {{fmtn|29.92126|polegadas de Hg}}; pressão de ar estático no nível do mar padrão,
:<math>A_0 \, </math> é {{fmtn|661.4788|nós}}; velocidade do som no nível do mar padrão.

Unidades além de nós e polegadas de mercúrio podem ser usadas, se usadas consistentemente.

Essa expressão é baseada na forma da [[equação de Bernoulli]] aplicável a um gás perfeito e incompressível. Os valores para <math>P_0</math> e <math>A_0</math> são consistentes com a [[Atmosfera padrão internacional|ISA]], ou seja, sob as condições nas quais os velocímetros são calibrados.

==Velocidade equivalente==
{{Artigo principal|Velocidade equivalente}}

[[Velocidade equivalente]] (EAS) é definida como a rapidez ao nível do mar que produziria a mesma pressão dinâmica incompressível que a velocidade verdadeira na altitude na qual o veículo está voando. Uma aeronave em voo para a frente está sujeita aos efeitos da compressibilidade. Da mesma forma, a velocidade calibrada é uma função da pressão de impacto compressível. EAS, por outro lado, é uma medida da velocidade que é uma função da pressão dinâmica incompressível. Análise estrutural muitas fezes é feita em termos da pressão dinâmica incompressível, de modo que a velocidade equivalente é uma rapidez útil para testes estruturais. Na pressão do nível do mar [[Atmosfera padrão internacional|padrão]], as velocidades calibrada e equivalente são iguais. Até cerca de 200 nós CAS e {{converter|10000|ft|m}} a diferença é desprezível, mas em maiores velocidades e altitudes, a CAS deve ser corrigida para erros de compressibilidade para determinar a EAS. O significado da velocidade equivalente é que, em números de Mach abaixo do início do arrasto de onda, todas as forças e momentos aerodinâmicos em uma aeronave são proporcionais ao quadrado da velocidade equivalente. A velocidade equivalente está intimamente relacionada com a [[velocidade indicada]] mostrada pelo [[velocímetro (aeronáutica)|velocímetro]]. Assim, a manobrabilidade e o "''feel''" de uma aeronave, e as cargas aerodinâmicas sobre ela, em uma dada velocidade equivalente, são quase constantes e iguais àquelas no nível do mar padrão, independentemente das reais condições de voo.

== Velocidade verdadeira ==
{{Artigo principal|Velocidade verdadeira}}

[[Velocidade verdadeira]] <math>(V_t)</math> é a rapidez da aeronave relativa à atmosfera. A velocidade verdadeira e a [[Proa (aviação)|proa]] de uma aeronave constituem sua [[velocidade]] relativa à atmosfera. A relação [[Vetor (matemática)|vetorial]] entre a velocidade verdadeira e a rapidez com respeito ao solo <math>(V_g)</math> é:

:<math>V_t \ = \ V_g - V_w</math>

;onde
:<math>V_w </math> = Vetor velocidade do vento

Instrumentos de voo de aeronaves, no entanto, não computam a velocidade verdadeira como uma função da velocidade em relação ao solo e da velocidade do vento. Eles usam as pressões de impacto e estática, bem como uma entrada de temperatura. Velocidade verdadeira é a velocidade equivalente que é corrigida para a [[altitude de pressão]] e temperatura (que define a densidade). O resultado é a rapidez física verdadeira da aeronave relativa ao corpo de ar circundante. Em condições de nível do mar padrão, velocidade verdadeira, velocidade calibrada e velocidade equivalente são todas iguais.

O método mais simples para computar a velocidade verdadeira é usando uma função do [[número de Mach]]:

:<math>V_t \ = \ a_0 \cdot M \sqrt{\frac{T}{T_0}}</math>

;onde
:<math>a_0</math> = Velocidade do som ao nível do mar padrão ({{fmtn|661.4788|nós}})
:<math>M</math> = Número de Mach
:<math>T</math> = Temperatura ([[kelvin]])
:<math>T_0</math> = Temperatura padrão ao nível do mar ({{fmtn|288.15|kelvin}})

Ou, se o número de Mach não é conhecido:

:<math>V_t \ = \ a_0 \cdot \sqrt{5\left[\left(\frac{q_c}{P}+1\right)^\frac{2}{7}-1\right] \cdot \frac{T}{T_0}}</math>

;onde
:<math>a_0</math> = Velocidade do som ao nível do mar padrão ({{fmtn|661.4788|nós}})
:<math>q_c</math> = Pressão de impacto (inHg)
:<math>P</math> = Pressão estática (inHg)
:<math>T</math> = Temperatura (kelvin)
:<math>T_0</math> = Temperatura padrão ao nível do mar ({{fmtn|288.15|kelvin}})

A equação acima é somente para números de Mach menores do que {{fmtn|1.0}}.

Velocidade verdadeira difere da velocidade equivalente pois o velocímetro é calibrado ao nível do mar, em condições ISA, onde a densidade do ar é {{fmtn|1.225|kg/m³}}, enquanto que a densidade do ar em voo normalmente difere desse valor.

:<math>\frac {1}{2} \rho V^2 = q = \frac {1}{2} \rho_0 V_e^2</math>
Assim
:<math>\frac {V}{V_e} = \sqrt{ \frac {\rho_0 }{ \rho}}</math>

;onde
:<math>\rho \,</math> é a densidade do ar na condição de voo.

A densidade do ar pode ser calculada de:
:<math>\frac {\rho }{\rho_0 } = \frac {p \, T_0}{p_0 \, T}</math>

;onde
:<math>p \,</math> é a pressão do ar na condição de voo,
:<math>p_0 \,</math> é a pressão do ar no nível do mar = {{fmtn|1013.2|hPa}},
:<math>T \,</math> é a temperatura do ar na condição de voo,
:<math>T_0 \,</math> é a temperatura do ar no nível do mar, [[Atmosfera padrão internacional|ISA]] = {{fmtn|288.15|K}}.

Fonte: ''Aerodynamics of a Compressible Fluid.''<ref>{{citar livro|autor = Liepmann H. W. and A. E. Pucket |título= Introduction to Aerodynamics of a Compressible Fluid |publicado= John Wiley and Sons, Inc |data= 1947}}</ref>

==Velocidade relativa ao solo==
{{Artigo principal|Velocidade relativa ao solo}}
[[Velocidade relativa ao solo]] é a rapidez da aeronave relativa ao solo, que é a velocidade real da aeronave combinada com a rapidez da massa de ar (ou seja, vento) na qual ela está voando. Por exemplo, uma aeronave viajando a {{fmtn|150|nós TAS}} em uma massa de ar movendo contra sua direção de voo a {{fmtn|25|nós}} iria ter um vento de proa de {{fmtn|25|nós}} e ter uma velocidade relativa ao solo de {{fmtn|125|nós}}.

==Ver também==
*[[Velocidades características]]
*[[Velocidade de manobra]]

{{referências}}

== Bibliografia ==
* {{citar livro|autor = Glauert H. |título= The Elements of Aerofoil and Airscrew Theory |capítulo= 2 |publicado= Cambridge University Press |data= 1947 |url= http://www.cambridge.org/catalogue/catalogue.asp?isbn=9781139241953 |isbn= 9781139241953 }}
* {{citar livro|url= https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19800015804.pdf |título= Measurement of Aircraft Airspeed and Altitude |publicado= NASA |autor = William Gracey |data=maio de 1980}}
* {{citar livro|título= Getting to grips with aircraft performance |publicado= Airbus Customer Services |obra= Flight Operations Support & Line Assistance |data=janeiro de 2002 |url= http://www.skybrary.aero/bookshelf/books/2263.pdf}}

== Ligações externas ==

* {{citar web|url= http://www.mathpages.com/home/kmath282/kmath282.htm |título= True, Equivalent, and Calibrated Airspeeds |obra= MathPages |autor = Kevin Brown}}

=== Calculadoras ===
* {{citar web|url= https://sites.google.com/site/maltapplication/home |título= MaltApplication |em= Calculadora Aeronáutica e Atmosférica, aplicações Windows e Android |autor = Dan Israel Malta}}
* {{citar web|url= http://www.luizmonteiro.com/Altimetry.aspx |título= Altimetry |em= Calculadoras que consideram compressibilidade, aquecimento devido ao atrito e outras variáveis |autor = Luiz Monteiro}}
* {{citar web|url= http://www.luizmonteiro.com/Wind.aspx |título= Wind & Time - Speed - Distance |em= Considera mudanças na densidade do combustível devido à temperatura |autor = Luiz Monteiro}}
* {{citar web |url= http://www.newbyte.co.il/calc.html |título= Atmospheric Calculator |publicado= NewByte Flight Dynamics |acessodata= 2018-10-04 |arquivourl= https://web.archive.org/web/20090917043907/http://www.newbyte.co.il/calc.html |arquivodata= 2009-09-17 |urlmorta= yes }}

[[Categoria:Aerodinâmica]]
[[Categoria:Velocidade em relação ao ar|Velocidade em relação ao ar]]