Teorias na Produção de Elevação 

Para conseguir voar em uma máquina mais pesada que o ar, há vários obstáculos que devemos superar. Um desses obstáculos, discutido anteriormente, é a resistência ao movimento chamada de arrasto. O obstáculo mais desafiador a ser superado na aviação, no entanto, é a força da gravidade. Uma asa movendo-se no ar gera a força chamada sustentação, também discutida anteriormente. A elevação da asa que é maior que a força da gravidade, direcionada oposta à direção da gravidade, permite que uma aeronave voe. A geração dessa força chamada sustentação é baseada em alguns princípios importantes, as leis básicas do movimento de Newton e o princípio da pressão diferencial de Bernoulli. 

Leis Básicas do Movimento de Newton

A formulação da sustentação tem sido historicamente uma adaptação ao longo dos últimos séculos de leis físicas básicas. Essas leis, embora aparentemente aplicáveis ​​a todos os aspectos da sustentação, não explicam como a sustentação é formulada. Na verdade, deve-se considerar os muitos aerofólios que são simétricos, mas produzem sustentação significativa.

As leis físicas fundamentais que governam as forças que atuam sobre uma aeronave em voo foram adotadas a partir de teorias postuladas desenvolvidas antes de qualquer humano voar com sucesso uma aeronave. O uso dessas leis físicas surgiu da Revolução Científica, que começou na Europa em 1600. Impulsionados pela crença de que o universo operava de maneira previsível e aberta à compreensão humana, muitos filósofos, matemáticos, cientistas naturais e inventores passaram suas vidas desvendando os segredos do universo. Um dos mais conhecidos foi Sir Isaac Newton, que não apenas formulou a lei da gravitação universal, mas também descreveu as três leis básicas do movimento. 

Primeira Lei de Newton: “Todo objeto persiste em seu estado de repouso ou movimento uniforme em linha reta, a menos que seja obrigado a mudar esse estado por forças impressas nele”.  

Isso significa que nada começa ou para de se mover até que alguma força externa faça isso. Uma aeronave em repouso na rampa permanece em repouso a menos que uma força forte o suficiente para superar sua inércia seja aplicada. Uma vez em movimento, sua inércia o mantém em movimento, sujeito às várias outras forças que atuam sobre ele. Essas forças podem aumentar seu movimento, retardá-lo ou mudar sua direção.

Segunda Lei de Newton: “A força é igual à mudança no momento por mudança no tempo. Para uma massa constante, a força é igual à massa vezes a aceleração.” 

Quando um corpo sofre a ação de uma força constante, sua aceleração resultante é inversamente proporcional à massa do corpo e é diretamente proporcional à força aplicada. Isso leva em conta os fatores envolvidos na superação da Primeira Lei de Newton. Abrange tanto as mudanças de direção quanto de velocidade, incluindo a partida do repouso (aceleração positiva) e a parada (aceleração ou desaceleração negativa).

Terceira Lei de Newton: “Para cada ação, há uma reação igual e oposta”. 

Em um avião, a hélice se move e empurra o ar; consequentemente, o ar empurra a hélice (e, portanto, o avião) na direção oposta – para a frente. Em um avião a jato, o motor empurra uma explosão de gases quentes para trás; a força de reação igual e oposta empurra o motor e força o avião para a frente.

Princípio da Pressão Diferencial de Bernoulli

Meio século depois que Newton formulou suas leis, Daniel Bernoulli, um matemático suíço, explicou como a pressão de um fluido em movimento (líquido ou gás) varia com sua velocidade de movimento. O Princípio de Bernoulli afirma que à medida que a velocidade de um fluido em movimento (líquido ou gás) aumenta, a pressão dentro do fluido diminui. Este princípio explica o que acontece com o ar que passa sobre a parte superior curva da asa do avião.

Uma aplicação prática do Princípio de Bernoulli é o tubo venturi. O tubo venturi tem uma entrada de ar que se estreita até uma garganta (ponto constrito) e uma seção de saída que aumenta de diâmetro em direção à parte traseira. O diâmetro da saída é o mesmo da entrada. A massa de ar que entra no tubo deve ser exatamente igual à massa que sai do tubo. Na constrição, a velocidade deve aumentar para permitir que a mesma quantidade de ar passe na mesma quantidade de tempo que em todas as outras partes do tubo. Quando o ar acelera, a pressão também diminui. Passada a constrição, o fluxo de ar diminui e a pressão aumenta.  

Uma vez que o ar é reconhecido como um corpo, e entende-se que o ar seguirá as leis acima, pode-se começar a ver como e por que uma asa de avião desenvolve sustentação. À medida que a asa se move através do ar, o fluxo de ar através da superfície curvada aumenta em velocidade, criando uma área de baixa pressão.

Embora Newton, Bernoulli e centenas de outros cientistas antigos que estudaram as leis físicas do universo não tivessem os laboratórios sofisticados disponíveis hoje, eles forneceram uma grande visão do ponto de vista contemporâneo de como o elevador é criado.