¿Cómo se mantiene un avión en el aire? Ya sea que hayas reflexionado sobre la cuestión sobre la marcha o no, sigue siendo un tema interesante y complejo. Aquí hay un vistazo rápido a la física involucrada en el vuelo de un avión, así como un vistazo a algunos de los conceptos erróneos que rodean el tema.
Primero, imagínese un avión, un avión comercial, como un avión de transporte Boeing o Airbus, cruzando el cielo en un vuelo constante. Ese vuelo implica un delicado equilibrio de fuerzas opuestas. «Las alas crean sustentación y contrarrestan el peso de la aeronave», dijo Holger Babinski, profesor de aerodinámica en la Universidad de Cambridge.
“Ese ascensor [or upward] La fuerza tiene que ser igual o mayor que el peso del avión, eso es lo que lo mantiene en el aire”, dijo William Crossley, director de la Escuela de Aeronáutica y Astronáutica de la Universidad de Purdue.
Mientras tanto, los motores de la aeronave le están dando el empuje que necesita para contrarrestar el arrastre que experimenta por la fricción del aire a su alrededor. “Cuando estás volando hacia adelante, tienes que tener suficiente empuje para al menos igualar la resistencia; si estás acelerando, puede ser mayor que la resistencia; Si está disminuyendo la velocidad, puede ser menor que la resistencia, pero en un vuelo nivelado y constante, el empuje es igual a la resistencia”, señala Crosley.
Comprender cómo las alas de los aviones crean sustentación en primer lugar es un poco más complicado. «Normalmente, los medios siempre buscan una explicación rápida y fácil», reflexiona Babinski. «Creo que eso nos metió en problemas». Una explicación popular, que es incorrecta, es la siguiente: el aire que sube por un ala curva tiene que viajar una distancia mayor que el aire que está debajo, y debido a esto, acelera para tratar de seguir el ritmo del aire. Abajo: como si dos partículas de aire, una que sube y otra que baja por el ala, deben estar mágicamente conectadas. La NASA incluso tiene uno. Página web dedicada a este conceptoEtiquetarlo como una «teoría incorrecta».
Entonces, ¿cuál es la forma correcta de pensar al respecto?
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Una manera muy fácil de comenzar a pensar en esto es imaginar que viaja en el asiento del pasajero de un automóvil. Extiende los brazos hacia los lados, en el viento entrante, con las palmas hacia abajo, los pulgares hacia adelante y las manos esencialmente paralelas al suelo. (Tenga cuidado si hace esto en la vida real). Ahora, incline su mano hacia adelante ligeramente hacia arriba, de modo que el aire atrape la parte inferior de su mano; El proceso de inclinar el brazo hacia arriba es de aprox. concepto importante Los que tienen alas se llaman ángulo de ataque.
«Definitivamente puedes sentir la fuerza de elevación», dice Babinski. En este escenario simple, el aire golpea la parte inferior de su mano, desviándose hacia abajo y en un sentido newtoniano (ver tercer acto), empujando la mano hacia arriba.
Sigue la curva
Pero un ala, por supuesto, no tiene la forma de tu mano, y hay factores adicionales a considerar. Dos cosas clave para recordar con las alas son que la parte delantera del ala, también conocida como borde de ataque, es curva y que, en general, tienen una forma Superficie sustentadora Cuando los miras en sección transversal.
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El borde de ataque curvo de un ala es importante porque el flujo de aire «sigue una superficie curva», dice Babinski. Dice que le gusta demostrar esta idea señalando con un secador de pelo el extremo redondeado de un balde. El flujo de aire se adherirá a la superficie curva de la cubeta y creará una curva e incluso puede apagar una vela del otro lado bloqueada por la cubeta. aquí Un video antiguo encantador Eso parece demostrar la misma idea. «Una vez que el flujo se adhiere a la superficie curva, prefiere permanecer adherido-[although] No permanecerá conectado para siempre”, señala.
Con un ala, e imagínelo en un pequeño ángulo, como su mano fuera de la ventana del automóvil, lo que sucede es que el aire se encuentra con el borde de ataque redondeado. «En la superficie superior, el aire se adherirá, se doblará y, de hecho, seguirá ese incidente, ese ángulo de ataque, muy bien», dice.
Mantenga las cosas menos estresantes
En última instancia, lo que sucede es que el aire que sube por el ala se conecta a la superficie curva y se dobla o fluye ligeramente hacia abajo: se crea un área de baja presión y el aire viaja más rápido. Mientras tanto, el aire golpea la parte inferior del ala, como el aire golpea tu mano cuando golpea la ventana de un automóvil, creando una zona de alta presión. Voila: el ala tiene un área de baja presión arriba y alta presión abajo. «La diferencia entre estas dos presiones nos anima», dice Babinski.
Este video describe bien el proceso general:
Babinski señaló que la región de baja presión sobre el ala está realizando más trabajo que la región de alta presión debajo del ala. Puedes pensar que el ala refleja el flujo de aire hacia abajo, tanto hacia arriba como hacia abajo. En la superficie inferior del ala, la desviación del flujo «es en realidad menor que la desviación del flujo en la superficie superior», señala. «En la mayoría de los perfiles aerodinámicos, una regla general muy, muy aproximada es que allí se generan dos tercios de la sustentación. [on the top surface]A veces más”, dice Babinksy.
¿Puedes traerlo todo junto por mí una última vez?
¡Por supuesto! Gloria Yamauchi, ingeniera aeroespacial del Centro de Investigación Ames de la NASA, lo expresa de esta manera. “Entonces tenemos un avión, volando en el aire; El viento llega a las alas; Es girado por el ala en el borde de ataque”, dijo. (Por «curva» quiere decir que cambia de dirección, como un automóvil que avanza por una carretera y obliga al viento a cambiar de dirección para rodearlo). «La velocidad del aire cambia a medida que pasa sobre la superficie del ventilador, arriba y abajo. . »
«La velocidad sobre el ala es generalmente más alta que la velocidad debajo del ala», continuó, «y eso significa que la presión sobre el ala es más baja que la presión debajo del ala, y la diferencia de presión crea una fuerza de sustentación hacia arriba».
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