Qual é o mecanismo pelo qual a condensação se forma acima das asas?

Sabemos que a pressão diminui em relação à asa. Podemos também supor que uma partícula de ar viajando acima de uma asa o faz tão rápido que não tem tempo para trocar energia com os que se envolvem (chamado de processo adiabático )

Agora podemos olhar para um diagrama de pressão / volume para um processo adiabático que vai da pressão "alta" (o ar livre não perturbado na frente da aeronave) até a pressão baixa (o ar no topo da asa):

imagem fonte (atualmente inacessível)

Como você vê no diagrama, se você se mover ao longo da linha Adiabat de cima para baixo, a temperatura cai. Se o ar já tiver uma temperatura próxima da condensação de água e umidade alta o suficiente, ele irá se condensar. Do artigo da Wikipédia vinculado antes:

Adiabatic cooling occurs when the pressure on an adiabatically isolated system is decreased, allowing it to expand, thus causing it to do work on its surroundings. When the pressure applied on a parcel of air is reduced, the air in the parcel is allowed to expand; as the volume increases, the temperature falls as internal energy decreases.

Um conceito importante aqui é ponto de orvalho . A temperatura do ponto de orvalho está relacionada à temperatura atual e à umidade do ar. Por exemplo, perto do nível do mar, uma temperatura de 51 ° F e umidade de 86% dá um ponto de orvalho de 47 ° F. Se o ar for resfriado abaixo do ponto de orvalho, a água no ar irá condensar. Você pode ver esse efeito em um vidro frio; o ar perto do vidro é resfriado abaixo do ponto de orvalho, então a água no ar se condensa no vidro.

Quando a umidade está alta, o ponto de orvalho está muito próximo da temperatura do ar, razão pela qual é mais fácil obter condensação quando a umidade está alta. Quando a temperatura do ar esfria para atingir o ponto de orvalho, o nevoeiro se forma. O vapor de água no ar está condensando, mas sem uma superfície para se acumular, ele se condensa em pequenas gotas que formam neblina. A umidade será alta em condições de neblina e, freqüentemente, quando estiver chovendo, mas também pode ser alta em outras circunstâncias. comentário de Jan Hudec que, como a água está evaporando do solo úmido, também pode haver alta umidade.

A resposta de Federico faz um bom trabalho ao incluir a física do gás no trabalho na asa do avião. A ligação importante é que, como as asas criam uma área de baixa pressão, a temperatura cai junto com a pressão. Se o ponto de orvalho for alto o suficiente, essa queda de temperatura pode precisar apenas de alguns graus. O vapor de água condensa no ar, com o efeito que você notou . Uma vez que o ar tenha passado sobre a asa, a pressão acaba voltando ao normal, junto com a temperatura, fazendo com que a água evapore novamente.

Os pequenos "rastros" dessa forma são de um efeito semelhante. Em locais como as bordas dos flaps, um vórtice é formado. Esta é uma seção de ar firmemente girando. Semelhante às asas, a aceleração do ar reduz sua temperatura e pressão, fazendo com que a condensação se forme no ar. O vórtice acabará se dissipando e a condensação se evaporará.

Contrails reais que se formam atrás de aviões em altas altitudes são devido a um efeito semelhante, mas diferente, e há alguns perguntas aqui discutindo-as.

A resposta de Federico mostra exatamente o que está acontecendo, embora para nós, poesia, o gráfico possa parecer confuso. Deixe-me adicionar essa explicação simplificada, além de abordar algo que apareceu brevemente em uma resposta excluída agora.

Em suma, a condensação ocorre com o resfriamento. Vemos o líquido se condensar ao lado de um vidro frio de líquido em um dia quente e acontece quando o ar "aqui" (próximo ao vidro) é resfriado abaixo do ponto de orvalho, então a umidade se condensa em gotas de água no vidro.

Quando você vê nuvens / trilhas de condensação / vapor se formando acima ou diretamente atrás da asa de uma aeronave pousando em condições úmidas, o mesmo fenômeno básico está ocorrendo, mas em vez de condensar em uma superfície, a condensação assume a forma de um "nuvem" ou "trilha de vapor" fluindo atrás da asa. Aqui, o resfriamento é causado pelo ar: com o ar acima da asa tendo menor pressão, ele resfriou (PV = NRT, vagamente lembrado da física, ressure P , o mesmo acontece com T emperature), e quando o ar é úmido o suficiente com o spread entre a temperatura e o ponto de orvalho muito próximo, esse resfriamento é suficiente para dar a condensação.

Um fenômeno semelhante, mas distinto, que causa condensação nas asas, mas não atrás delas, é o combustível encharcado a frio. Quando uma aeronave voa a grande altitude há muito tempo, onde as temperaturas estão muito abaixo do ponto de congelamento (-40 graus ou mais), o combustível dentro dos tanques da asa é resfriado a temperaturas semelhantes. No chão, esse combustível age como o líquido no vidro, e você obtém condensação nas asas e, com frequência, "geada encharcada gelada" que se forma depois que a condensação congela na superfície da asa.

Este NÃO é o que causa as trilhas de vapor observadas na questão original, porque não há tempo suficiente para que o ar corrente seja resfriado pela asa fria. Isso acontece devido à mudança na pressão do ar. Estacionado, você não tem o elevador / pressão baixa, de modo que o mecanismo de resfriamento se foi, mas com ar estacionário, você tem o outro efeito no trabalho.