Hola. Sencilla explicación de cómo hace un avión para volar.
¿Por qué vuela un avión? (dummies guide)
Viajo en avión unas 6 veces por mes y les confieso que no dejo de sorprenderme y agradarme cuando empieza a carretear y levanta vuelo. Me sigue fascinando, no hay que qué darle. Ahora, ¿no saben por qué vuela un avión? No se preocupen, son parte de la gran cantidad de gente que piensa que es debido a complicadísimos procesos físicos imposibles de entender. En esta corta entrada voy a intentar demostrar de forma básica y muy fácil el por qué.
Parte 1: El corazón de la aviación, el principio de Bernoulli
La siguiente ecuación:
se llama Principio de Bernoulli y es también conocida como la ecuación de conservación de la energía para fluídos y describe el comportamiento de los fluídos a lo largo de una línea de corriente. Cada una de sus tres partes decriben la energía del mismo; la primera es la cinética, la segunda la energía de flujo y la tercera la potencial gravitatoria. Con ella se pueden hacer muchísimas cosas pero para lo que nosotros la necesitamos es para lo siguiente. Imagínense una tubo largo de cristal que en un punto se achica su diámetro. Posteriormente hacemos dos agujeros, uno en cada sección del tubo y adosamos tubos verticales de igual diámetro. El “dispositivo” luce de la siguiente manera:
Como es natural, cuando se angosta el tubo, el fluido circulante aumenta su velocidad. Lo que no es nada intuitivo es que en la sección donde circula más rápido no suba más que en la otra. Contrariamente a lo que uno supone, la presión es menor cuanto mayor es la velocidad del fluido, Eureka! (Si uno observa la ecuación de Bernoulli esto es totalmente natural; como la ecuación es constante, si se aumenta la velocidad, deben disminuir alguno de los otros parámetros, en este caso la presión P)
Parte 2: Bernoulli llevado al ala
El secreto de las alas es su perfil. Llevado a un nivel muy básico (porque han evolucionado mucho) posee una sección inferior plana y curva en la superior. Esto hace que cuando circule el aire, llega el frente del ala, se separa en dos y siendo la parte de arriba de mayor extensión que la de abajo, obliga al aire a acelerar y circular a mayor velocidad.
La velocidad V2 es mayor que la V1. Los puntos rojos muestan las partículas de aire separándose y los 2 recorridos posibles.
¿De donde viene la energía para acelerar el aire? De los motores del avión. ¿Y qué logramos con este perfil? Gracias a Bernoulli sabemos que si un fluido circula a mayor velocidad posee menor presión y por ende se genera una región de baja presión. La diferencia de presión con la parte baja del ala genera lo que se llama fuerza de sustentación “tirando” del ala hacia arriba y por ende es la responsable de que un avión vuele. Veamos un divertido gif animado cortesía de la wiki:
Parte 3: El ángulo de ataque
Para finalizar no quería dejar de hablar escuetamente de este tema. Nosotros partimos de una figura inicial donde se muestra las diferencias de presión en el ala pero en la realidad éstas cambian su inclinación. Existe lo que se llama que no es sino que el ángulo que se encuentra el ala respecto a la horizontal.
Esto permite que el aire “golpee” el ala en la parte de abajo y genere una fuerza extra a la generada por diferencias de presiones entre la parte superior e inferior. En un avión comercial a velocidad crucero (aprox. 900km/h) la sustentación debida al ángulo de ataque corresponde a un tercio del total.
Por supuesto que hay un ángulo crítico. Éste es aquel en el cual el flujo se vuelve turbulento y el perfil del ala se vuelve inútil.
Ángulo de ataque y el punto crítico
Si están interesados en conocer los elementos en mayor detalle y obvio entren en los que he ido soltando a lo largo del texto. Espero que les haya sido útil, se haya entendido y será hasta la próxima!
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