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Calculadora de força de arrasto

Etapa 1 / 3 Força de arrasto
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A força de arrasto é a resistência aerodinâmica que se opõe a qualquer objeto em movimento pelo ar ou por um fluido. Insira a velocidade do objeto, a sua área frontal, um coeficiente de arrasto e a densidade do ar, e esta calculadora devolve a força de arrasto pela equação padrão F_d = ½·ρ·v²·C_d·A. O resultado aparece na hora em newtons e é recalculado ao vivo sempre que você ajusta qualquer valor, para que possa comparar um ciclista, um carro ou uma esfera em queda em poucos segundos.

Como esta calculadora funciona

  1. 1

    Insira a velocidade e a área

    Digite a velocidade do objeto em metros por segundo e a sua área frontal em metros quadrados: a silhueta voltada para o fluxo de ar.

  2. 2

    Adicione o arrasto e a densidade do ar

    Insira o coeficiente de arrasto (um fator de forma adimensional, cerca de 0,3 para um carro e 1,0 para uma placa plana) e a densidade do ar (1,225 kg/m³ ao nível do mar).

  3. 3

    Leia a força de arrasto

    A força de arrasto é exibida em newtons e recalculada ao vivo cada vez que você altera um valor de entrada.

A fórmula

O arrasto aerodinâmico cresce com o quadrado da velocidade, então dobrar a velocidade quadruplica a força:

F_d = ½ · ρ · v² · C_d · A

Onde:

  • F_d = força de arrasto, em newtons (N)
  • ρ = densidade do ar, em kg/m³ (≈ 1,225 ao nível do mar, 15 °C)
  • v = velocidade em relação ao ar, em metros por segundo (m/s)
  • C_d = coeficiente de arrasto, um fator de forma adimensional
  • A = área frontal (seção transversal), em m²

Como o termo v² domina, pequenos aumentos de velocidade custam muita força, e muita potência, já que a potência é igual à força vezes a velocidade e cresce com v³.

Exemplo resolvido

Um ciclista de estrada anda a v = 12 m/s com uma área frontal A ≈ 0,5 m², um coeficiente de arrasto C_d ≈ 0,9, em ar de ρ = 1,225 kg/m³:

F_d = ½ × 1,225 × 12² × 0,9 × 0,5 = 0,5 × 1,225 × 144 × 0,9 × 0,5 ≈ 39,7 N

É a resistência do ar que o ciclista precisa vencer: cerca de 80 % da resistência total nesta velocidade, e é por isso que a posição aerodinâmica importa tanto.

Valores de referência

Objeto C_d Área (m²) Observações
Carro aerodinâmico 0,25 2,2 Sedã moderno
Carro típico 0,30 2,2 Veículo de passeio médio
Ciclista (ereto) 0,90 0,5 Posição sobre as manetes
Esfera 0,47 π·r² Bola lisa
Placa plana 1,28 área da face Pior caso, perpendicular ao fluxo

Erros comuns

  • Use a área frontal, não a área de superfície. A é a silhueta que o objeto empurra pelo ar, não toda a sua superfície externa.
  • A velocidade é em relação ao ar. Um vento de frente soma-se à sua velocidade em relação ao solo ao calcular v; um vento de cauda subtrai.
  • A densidade do ar não é constante. Ela cai com a altitude e sobe no frio, alterando a força de arrasto em vários pontos percentuais.
  • O C_d depende da forma. Uma gota aerodinâmica tem um coeficiente muito baixo; uma placa plana voltada para o fluxo é o pior caso.

Perguntas frequentes

A força de arrasto é F_d = ½·ρ·v²·C_d·A, onde ρ é a densidade do ar (kg/m³), v é a velocidade (m/s), C_d é o coeficiente de arrasto e A é a área frontal (m²). O resultado é em newtons.

A força de arrasto depende do quadrado da velocidade, então dobrar a velocidade quadruplica a força. A potência necessária para vencê-la cresce com o cubo da velocidade, e é por isso que viajar em alta velocidade consome tanta energia.

Ao nível do mar, a densidade do ar é de cerca de 1,225 kg/m³. Os coeficientes de arrasto típicos são aproximadamente 0,25 a 0,30 para carros, 0,47 para uma esfera lisa, 0,9 para um ciclista ereto e cerca de 1,28 para uma placa plana. Escolha o valor que melhor corresponde à forma do seu objeto.

Os números que você digita são enviados ao servidor apenas para calcular os resultados. Eles não são armazenados e nunca são compartilhados.

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