La física del vuelo
Una de las características que
diferencian a un avión en comparación a cualquier otro tipo de transporte, es
su capacidad de levantarse en el aire. La fuerza de gravedad actúa en todos los
cuerpos en o cerca de la superficie de la Tierra y da como resultado el peso de
un objeto. Por lo tanto, para que un avión pueda volar, una fuerza que supere a
la fuerza de gravedad debe ser creada, esta fuerza se llama “levantamiento”.
Algunos principios básicos de la
física pueden ser usados para entender como es generado el levantamiento. Las
fuerzas físicas que mantienen a un avión en vuelo pueden ser explicadas
principalmente por dos leyes básicas de la física: La tercera ley de Newton y
el principio de Bernoulli.
Al moverse un ala a través del
aire, el flujo del aire se dividirá en un flujo que pase por debajo del ala y
en otro que pase por encima de esta, tal y como se ve en la Figura 3-7. Cuando
hay un ángulo positivo entre el ala y la dirección del viento relativo, el aire
se ve forzado a cambiar su dirección. Si el ala está inclinada hacia arriba en
contra de la corriente del aire, el aire que fluye por debajo del ala es
forzado a ir hacia abajo, por lo tanto, según la tercera ley de Newton, donde
toda acción tiene una reacción, de igual magnitud, pero en sentido opuesto, donde
el ala provoca una fuerza hacia abajo, el aire provoca una fuerza hacia arriba.
El ángulo a través del cual la corriente de aire es desviada hacia abajo por
cualquier superficie de sustentación es llamado “ángulo downwash”. Estos conceptos
son especialmente importantes a la hora de ver las superficies de control,
debido a que estas se encuentran en la parte trasera de las alas donde son
influenciadas por la corriente de aire que es desviada hacia abajo, lo cual se
le conoce como “downwash”.
El levantamiento también puede
ser generado por la forma en que el aire fluye alrededor del perfil
aerodinámico. Para comprender mejor como esto es posible, es necesario conocer
el principio de Bernoulli. Daniel Bernoulli, un científico suizo del siglo 18,
descubrió que, así como la velocidad de un fluido incrementa, su presión
disminuye, y viceversa. Este principio puede ser escrito matemáticamente como:
p+1/2ρV2=constante
Donde:
- p = Presión.
- ρ = Densidad del aire en slugs.
- V = Velocidad.
Lo cual se lee como: La suma de
la presión más el producto de un medio de la densidad del aire por la velocidad
al cuadrado es igual a una constante.
En lenguaje técnico, el principio
de Bernoulli nos indica que la energía total de una partícula en movimiento es constante
en todos los puntos de su camino en un flujo continuo. En la ecuación pasada, el
término de presión se refiere a la presión estática del aire, mientras que el
resto de la ecuación es la presión dinámica. Con “estática” nos referimos a “inmóvil,
quieta, sin movimiento”, por lo tanto, la presión estática se refiere a la
presión ejercida por una masa de aire estacionaria equitativamente en todos los
muros de un recipiente. Por otro lado, la presión dinámica es la presión asociada
con el movimiento del aire (velocidad). La forma más apropiada de ver estos
efectos del flujo del aire es visualizando una corriente del mismo dentro de un
tubo cerrado, conocido como Tubo de Venturi.
