O empuxo contraria o arrasto.

O arrasto é o preço de se mover pelo ar. Os engenheiros aeronáuticos o dividem em dois tipos.

1. Arrasto parasita. Ele vem da forma e da superfície: o arrasto de pressão da fuselagem, dos pneus e dos suportes, que empurram o ar para os lados, e o atrito da superfície causado pelo ar que passa junto à superfície. Ele se comporta como a sustentação: D_p = ½ρV²S × C_D0. Ele cresce com o quadrado da velocidade.

2. Arrasto induzido. Esse é o preço de gerar sustentação. Uma asa com envergadura finita empurra o ar para baixo, e o ar se curva ao redor das pontas das asas, formando vórtices nas pontas das asas. Essa energia desperdiçada aparece como uma força para trás: D_i = ½ρV²S × C_L² / (π e AR). Aqui, AR é a razão de aspecto (envergadura² dividida pela área da asa; asas longas e finas têm um AR alto) e e é um fator de eficiência menor que 1.

Juntando os dois, o coeficiente de arrasto total é C_D = C_D0 + C_L² / (π e AR).

Os números do modelo. O avião de brinquedo tem C_D0 = 0,03, e = 0,8 e AR = 7,5 (valores didáticos). Em voo nivelado, L = W, então C_L = 2W / (ρV²S) e fica menor à medida que a velocidade aumenta. Isso significa que o arrasto induzido diminui com a velocidade (ele varia como 1/V²), enquanto o arrasto parasita aumenta com a velocidade (V²). O avião de brinquedo apresenta:

• 25 m/s: arrasto parasita de 184 N, arrasto induzido de 834 N, total de cerca de 1.020 N. O voo lento é dominado pelo arrasto induzido.
• 36,5 m/s: arrasto parasita de 392 N, arrasto induzido de 391 N, total de cerca de 783 N. Essa é a velocidade de arrasto mínimo.
• 50 m/s: arrasto parasita de 735 N, arrasto induzido de 208 N, total de cerca de 943 N.
• 80 m/s: arrasto parasita de 1.882 N, arrasto induzido de 81 N, total de cerca de 1.963 N. O voo rápido é dominado pelo arrasto parasita.

Plote o arrasto total em função da velocidade e você obterá uma curva em forma de U. Na base do U, o arrasto induzido e o arrasto parasita são iguais. Essa é a velocidade do melhor L/D: a 36,5 m/s, o avião tem L/D = 9.810 / 783 ≈ 12,5. Para um avião a jato, essa velocidade é próxima daquela que proporciona o maior alcance, embora as melhores velocidades exatas também dependam do motor. Um piloto de planador voa perto dela para percorrer o maior trecho de solo para cada metro de altura perdido (Mundo 6).

Para que serve o motor. Em voo nivelado, o empuxo deve ser igual ao arrasto, então o empuxo é determinado pela curva de arrasto. No melhor L/D, o avião de brinquedo precisa de apenas cerca de 785 N de empuxo para sustentar um peso de 9.810 N. Voe mais devagar ou mais rápido, e o empuxo necessário volta a aumentar.

Como reduzir o arrasto. Formas suaves e o recolhimento do trem de pouso reduzem o arrasto parasita. Uma asa mais longa e estreita (com maior razão de aspecto) reduz o arrasto induzido, pois D_i é inversamente proporcional a AR. É por isso que os planadores têm asas tão longas e os aviões comerciais têm winglets (Mundo 7). Os motores pertencem a duas famílias principais: hélices (que aceleram uma grande quantidade de ar um pouco) e jatos (uma quantidade menor muito mais rapidamente). O Mundo 4 explica como um jato gera empuxo.