Uma das perguntas que cientistas e leigos sempre fizeram é se existe uma fronteira em tesoura entre a atmosfera e o espaço sideral. Sabe-se que a atmosfera se torna cada vez mais rarefeita à medida que se distancia da superfície da Terra, até desaparecer. No entanto, existe uma fronteira atmosférica fundamental para fins aeronáuticos. Essa fronteira atmosférica é conhecida como Linha de Kármán.
Neste artigo, vamos contar tudo o que você precisa saber sobre a linha de Kármán, suas características e sua importância.
Características principais
Sabe-se que a atmosfera não termina abruptamente em uma altitude específica e definida. Observou-se que a atmosfera se torna progressivamente mais rarefeita com o aumento da altitude. Para alguns cientistas, a atmosfera terrestre termina na fronteira com as camadas mais externas da Terra. Essas camadas atmosféricas mais externas são conhecidas como termosfera e exosfera. Se esse conceito fosse preciso, a atmosfera terrestre se estenderia por aproximadamente 10.000 quilômetros acima do nível do mar.
A densidade do ar diminui com o aumento da altitude. Portanto, nessa altitude, a densidade do ar é tão baixa que pode ser considerada como espaço sideral. Outra definição, mais rigorosa, do limite da atmosfera considera que ele termina onde a densidade atmosférica se torna ainda menor. Isso se deve ao fato de que a velocidade que uma aeronave pode atingir para gerar sustentação aerodinâmica usando asas e hélices deve ser comparável à velocidade orbital nessa mesma altitude. Esses cálculos determinam a altitude máxima na qual as asas podem ser recolhidas, mas elas já não são suficientes para manter a altitude da aeronave. Portanto, é aqui que a atmosfera termina e o espaço sideral começa.
Diante dessas preocupações, a linha Kármán surgiu para descobrir qual o limite entre a atmosfera e o espaço sideral.
Linha Kármán
A Linha de Kármán foi estabelecida por definição arbitrária com base em considerações aeronáuticas. Em outras palavras, pode-se dizer que ela representa o limite entre a atmosfera e o espaço exterior para fins de aviação e astronáutica. Embora um limite natural como esse não exista de fato, e sim desapareça com o aumento da altitude , há diversos interesses na aviação e na astronáutica em estabelecer a Linha de Kármán.
A definição da Linha de Kármán foi aceita pela Fédération Aéronautique Internationale (FAI). Esta federação é responsável por estabelecer todos os padrões internacionais e reconhecer recordes em aeronáutica e astronáutica. A altitude da Linha de Kármán é de aproximadamente 100 quilômetros, mas 122 quilômetros são usados como ponto de referência. Este ponto de referência é a linha de reentrada das espaçonaves.
Linha Kármán e camadas da atmosfera
Para entender a importância da Linha de Kármán, é necessário conhecer sua posição em relação às outras camadas da atmosfera. Definimos sua altitude como aproximadamente 100 quilômetros acima do nível do mar. Essa altitude foi estabelecida por Theodore von Kármán , daí o seu nome. Ela foi determinada calculando-se a altitude na qual a densidade atmosférica se torna tão baixa que a velocidade necessária para uma aeronave gerar sustentação usando asas e hélices deve ser equivalente à velocidade orbital nessa mesma altitude.
Isso significa que, ao atingir a altitude em que a linha de Kármán é estabelecida, as asas não seriam mais eficazes para sustentar a aeronave, pois a densidade do ar é muito baixa . Sabe-se que um avião só consegue manter a sustentação se estiver em constante movimento através do ar. É graças a esse movimento que as asas geram sustentação, dada a velocidade de deslocamento através do ar. Se o avião estivesse parado, não conseguiria se manter no ar, pois a densidade do ar é insuficiente.
Quanto mais rarefeito o ar, mais rápido um avião precisa viajar para gerar sustentação suficiente e evitar a queda. Isso torna importante conhecer o coeficiente de sustentação da asa de um avião em um determinado ângulo de ataque. Um objeto permanece em órbita apenas enquanto a componente centrífuga de sua aceleração for suficiente para contrabalançar a força da gravidade. Sabemos que a gravidade puxa o objeto em direção à superfície da Terra, portanto, o objeto precisa de uma velocidade horizontal maior . Se essa velocidade diminuir, a componente centrífuga também diminuirá e a gravidade fará com que sua altitude diminua até que ele caia.
Conhecimento físico
A velocidade necessária para o equilíbrio é chamada de velocidade orbital e varia com a altura da órbita. Para um ônibus espacial em órbita da Terra, ele precisa de uma velocidade orbital de cerca de 27.000 quilômetros por hora. No caso de um avião que está tentando voar mais alto, o ar se torna menos denso e isso força o avião a aumentar sua velocidade para criar sustentação no ar.
Portanto, sabe-se que a linha de Kármán é um conceito muito relativo em termos de altitude. Como seu interesse é aerodinâmica, não possui muito rigor científico. O ar simplesmente se torna menos denso e acaba tendo muito menos resistência e chegando ao espaço sideral.
A linha de Kármán é usada como um conceito relacionado à altitude e sugere que o aumento da velocidade é necessário para ganhar sustentação aerodinâmica ou compensar a força da gravidade. Na prática, vemos que todas essas considerações mudam à medida que o raio orbital aumenta. Sabemos que um raio orbital maior resulta em menor força gravitacional. Lembre-se de que a força gravitacional é a força da gravidade sobre um objeto em direção à superfície da Terra. No entanto, também se sabe que há uma aceleração centrífuga maior para a mesma velocidade linear.
A partir deles pode-se concluir que a linha de Kármán negligencia esse efeito devido à velocidade orbital, de modo que seria suficiente para manter qualquer altitude independentemente da densidade da atmosfera.
Espero que com essas informações você possa conhecer mais sobre a linha Kármán e suas características.