Uma indústria que funciona em três unidades que ninguém mais usa
A navegação aérea usa milhas náuticas para distância, nós para velocidade, pés para altitude abaixo dos níveis de voo, e número Mach para velocidade próxima e acima da velocidade do som — nenhuma delas SI, e nenhuma delas provável de mudar. Cada uma sobrevive por uma razão específica e defensável, não apenas inércia, e as razões valem a pena serem separadas uma da outra.
1929: a milha náutica se torna um número em todo o mundo
Antes de 1929, "milha náutica" significava distâncias ligeiramente diferentes em diferentes países — a milha Almirantado do Reino Unido era 6.080 pés (1.853,18 m), a milha náutica dos EUA era 1.853,248 m, e outras nações marítimas tinham seus próprios valores, todos aproximando o comprimento de um minuto de latitude mas não concordando exatamente. A Primeira Conferência Extraordinária Hidrográfica Internacional, realizada em Mônaco em 1929, fixou uma única milha náutica internacional em exatamente 1.852 metros. A adoção foi gradual, não simultânea: os Estados Unidos mudaram para o valor internacional em 1º de julho de 1954, e o Reino Unido não aposentou a milha Almirantado até 1970. Hoje a milha náutica é definida da mesma forma em todos os lugares onde a aviação e o transporte marítimo operam, mesmo que não seja uma unidade SI e o próprio Folheto SI apenas a aceite para uso "com o Sistema Internacional" em vez de como parte dele.
Por que 1.852 m especificamente — não um número redondo arbitrário
A milha náutica não é arbitrária como a milha statute é. Ela é definida para aproximar um minuto de arco ao longo de um meridiano da superfície da Terra — um sexagésimo de um grau de latitude. Isso lhe dá um retorno direto e prático que uma milha terrestre não tem: um navegador medindo uma distância de 60 milhas náuticas ao longo de uma escala meridiana de uma carta também está lendo exatamente um grau de latitude, então distância e posição compartilham a mesma escala. Sessenta milhas náuticas por grau, 360 graus para uma circunferência meridiana completa da Terra, dá 21.600 milhas náuticas × 1.852 m ≈ 40.003 km para a circunferência polar — próxima de, mas não exatamente, o comprimento meridiano usado originalmente para definir o metro nos anos 1790, porque a Terra não é uma esfera perfeita e a definição original do metro usou uma medição de arco meridiano ligeiramente diferente. A conveniência da milha náutica é geométrica, não decimal: ela se liga diretamente à latitude, que é o que um navegador está realmente tentando encontrar.
O nó: velocidade com a geometria já incorporada
Um nó é simplesmente uma milha náutica por hora: 1 nó = 1,852 km/h exatamente = 0,514444 m/s (repetindo) = 1,15078 mph (1.852 ÷ 1.609,344). Como uma milha náutica é um minuto de latitude, uma embarcação ou aeronave fazendo bom 1 nó por uma hora cobriu um minuto de latitude naquela hora — uma ligação direta e sem conversão entre uma leitura de velocidade e uma mudança de posição em uma carta marcada em graus e minutos. Essa ligação é toda a justificativa para a unidade: nós tornam a navegação à estima (estimando posição a partir de velocidade, rumo e tempo decorrido, sem posicionamento por satélite) aritmeticamente direta de um modo que km/h contra uma carta baseada em metros não é.
Mach: uma razão, não uma velocidade
O número Mach não é um valor fixo em km/h ou mph — é a razão da velocidade de um objeto para a velocidade local do som, e a velocidade do som no ar depende da temperatura, não da altitude ou pressão diretamente:
a = √(γRT)
onde T é temperatura absoluta, γ é a razão de calores específicos para o ar (≈1,4) e R é a constante de gás específica para o ar. A altitude só importa porque a temperatura cai com a altitude através da troposfera. No nível do mar em condições da Atmosfera Padrão Internacional (15°C, 288,15 K), a velocidade do som é aproximadamente 340,3 m/s (1.225 km/h, 761 mph). Na tropopausa, em torno de 11 km, onde a temperatura ISA caiu para −56,5°C (216,65 K), ela cai para aproximadamente 295,1 m/s (1.062 km/h, 660 mph) — aproximadamente 13% mais lento, puramente pela diferença de temperatura. A consequência prática: uma aeronave mantendo um número Mach indicado constante não está mantendo uma velocidade aerodinâmica verdadeira constante conforme sobe, porque a velocidade contra a qual o número Mach é medido também está caindo.
Velocidade do som em duas altitudes
| Altitude | Temperatura ISA | Velocidade do som | Mach 1 em km/h |
|---|---|---|---|
| Nível do mar | 15°C (288,15 K) | 340,3 m/s | 1.225 km/h |
| Tropopausa (≈11.000 m) | −56,5°C (216,65 K) | 295,1 m/s | 1.062 km/h |
É por isso que o velocímetro Mach de um avião de passageiros e seu indicador de velocidade do ar divergem com a altitude, e por que "a velocidade do som" é apenas um único número para uma temperatura declarada — citando Mach 1 como "1.225 km/h" sem dizer em que altitude está citando uma figura de nível do mar que não se sustenta mais acima.
Pés, ainda, em quase todo lugar
Acima de uma altitude de transição, as aeronaves voam em níveis de voo — altitudes referenciadas ao datum de pressão padrão de 1.013,25 hPa (29,92 inHg) ao invés do nível do mar local — e os níveis de voo são declarados em centenas de pés: FL350 significa um altímetro, ajustado à pressão padrão, indicando 35.000 pés. Esta é uma resistência genuína, não uma conveniência de arredondamento que este site passa por alto: um artigo anterior neste site observa a altitude de aviação em pés como uma das unidades imperiais que persistiram em países de outro modo métricos, e isso permanece preciso. No entanto, não é universal. China, Rússia, Mongólia, Coreia do Norte e Tajiquistão são as exceções reconhecidas: a China em particular executa seus níveis de voo domésticos em metros em todo seu espaço aéreo controlado (um nível pode ser anunciado como "1.200 metros" ao invés de um número de nível de voo), e a Rússia usou altitudes baseadas em metros abaixo de seu próprio nível de transição por décadas antes de mudar para pés para compatibilidade RVSM internacional nos anos 2010. Cada outro estado membro da ICAO, e toda comunicação internacional de controle de tráfego aéreo, usa pés. Um padrão mundial existe para unidades de altitude em aviação — apenas não é o metro.
Três unidades, três justificativas separadas
Nenhuma dessas unidades sobrevive puramente por inércia. A milha náutica sobrevive porque se liga diretamente à latitude. O nó sobrevive porque herda essa propriedade para navegação à estima. Os pés para níveis de voo sobrevivem principalmente porque a infraestrutura — cartas, fraseologia ATC, instrumentação de aeronave — é predominantemente baseada em pés em todo o mundo e uma mudança precisaria de coordenação simultânea e exata em todo o espaço aéreo de cada país de uma vez, um custo de mudança sem benefício de segurança grande o suficiente para justificá-lo. Mach sobrevive porque não é realmente uma unidade de velocidade; é uma razão que descreve a posição de uma aeronave relativa à barreira do som local, que acontece ser a quantidade fisicamente relevante para aerodinâmica de alta velocidade, não um artefato de história como os outros dois são.