Em um voo comercial, é comum ouvir o comandante anunciar que a aeronave "cruza a 450 nós" ou que vai "manter Mach 0,82". Para quem não é da aviação, essas duas frases parecem medir a mesma coisa de formas diferentes — mas na verdade elas respondem a perguntas distintas. Nó mede distância sobre tempo. Mach mede o quão perto um avião está de romper a barreira do som. E entender por que os pilotos trocam de uma unidade para outra ao longo de um mesmo voo explica, sozinho, boa parte da física por trás de voar rápido.
Imagem: cabine do Concorde em 1984, instantes antes de atingir velocidade supersônica. Foto de M McBey, via Wikimedia Commons (CC BY 2.0).
O número de Mach é simplesmente a razão entre a velocidade real do avião e a velocidade do som no ar ao redor dele naquele instante. Mach 1 significa voar exatamente na velocidade do som; Mach 0,5 é a metade dessa velocidade; Mach 2 é o dobro. Por ser uma razão, o valor de Mach não muda dependendo de você medir a velocidade em nós, km/h ou mph — o número é sempre o mesmo, porque o que importa é a proporção, não a unidade.
Aqui está o detalhe que confunde a maioria das pessoas: a velocidade do som depende basicamente da temperatura do ar, não da pressão atmosférica. Ao nível do mar, em um dia padrão de 15°C, o som viaja a cerca de 661 nós (aproximadamente 761 mph). Mas a cerca de 11.000 metros de altitude (36.000 pés), onde o ar está muito mais frio, em torno de -56,5°C, a velocidade do som cai para aproximadamente 573 nós. Isso significa que "Mach 0,8" corresponde a uma velocidade real bem diferente ao nível do mar e nos 36.000 pés — mesmo sendo, nos dois casos, 80% da velocidade local do som.
Os pilotos lidam com pelo menos três noções diferentes de velocidade. A velocidade indicada (IAS) é o que o instrumento mostra, calculada pela pressão do ar que entra pelo tubo de pitot — ela funciona bem em baixa altitude, porque reflete diretamente a sustentação e o arrasto que a aeronave sente, mas em altitudes elevadas ela passa a subestimar a velocidade real, porque o ar está mais rarefeito. A velocidade real (TAS) é a velocidade de fato através do ar, e costuma ser bem maior que a indicada em cruzeiro: um avião a 35.000 pés pode mostrar 250 nós de velocidade indicada enquanto sua velocidade real supera 430 nós. Já a velocidade no solo soma ou subtrai o efeito do vento — um vento de cauda forte aumenta a velocidade no solo sem alterar nem o Mach nem a velocidade real através do ar.
Em baixa altitude, a velocidade indicada é a referência mais útil, porque é ela que determina diretamente como a aeronave se comporta aerodinamicamente. Durante a subida, jatos comerciais tipicamente mantêm uma velocidade indicada constante até cerca do nível de voo 280 (28.000 pés) e então passam a manter um número de Mach constante pelo resto da subida — e o processo se inverte na descida. Já no cruzeiro em alta altitude, o Mach se torna a referência mais importante, porque a velocidade indicada sozinha pode esconder o quão perto a aeronave está do seu limite crítico de Mach, o ponto em que o ar ao redor de partes da aeronave começa a se tornar supersônico mesmo que o avião como um todo ainda não tenha ultrapassado a velocidade do som. No planejamento de rota, companhias aéreas costumam programar um Mach fixo que se adapta ao vento: um voo pode planejar Mach 0,82 na direção oeste e Mach 0,78 na direção leste, por exemplo, aproveitando ventos de cauda diferentes em cada sentido.
Porque a velocidade do som depende da temperatura do ar, que varia com a altitude. Ao nível do mar, Mach 1 equivale a cerca de 1.225 km/h; a 11.000 metros de altitude, onde o ar é muito mais frio, Mach 1 cai para aproximadamente 1.062 km/h.
Depende da altitude. Como Mach é uma razão e nós é uma medida fixa de velocidade, a mesma marcação de Mach pode corresponder a mais ou menos nós dependendo de quão fria está a atmosfera naquele ponto do voo — por isso pilotos não comparam as duas unidades diretamente sem considerar a altitude.
Porque cada unidade serve a um propósito diferente: a velocidade indicada reflete melhor o comportamento aerodinâmico em baixa altitude, enquanto o Mach é a referência mais segura em cruzeiro de alta altitude, onde o risco real é se aproximar demais da velocidade do som local.
Entender como a velocidade é medida em voo é essencial para compreender outra decisão tomada em fração de segundo pelo piloto: a velocidade exata em que ele decide decolar ou abortar a corrida na pista. Veja mais em V1, VR e V2: as Velocidades Que o Piloto Decide em Frações de Segundo na Decolagem. E para saber como essas velocidades são, na prática, captadas pelo avião, leia Tubo de Pitot e Sistema Estático: Como o Avião Sabe a Velocidade e Altitude Que Está Voando.
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