En esta serie de artículos se explicará el funcionamiento básico de una avión y los fundamentos por los que es capaz de volar. Empezaremos introduciendo de forma muy simple, una serie de conceptos físicos como la presión atmosférica y la temperatura y densidad del aire, y algunos principios aerodinámicos. Finalmente se detallarán las fuerzas que actúan durante el vuelo y la estructura de un avión. Empecemos.
Presión atmosférica
La presión se define como cantidad de fuerza aplicada sobre unidad de superficie. Es decir, cuánta fuerza estamos ejerciendo sobre una superficie determinada:
De esta forma, si aplicamos la misma fuerza sobre dos superficies diferentes, ejerceremos mayor presión en la superficie más pequeña.
La presión atmosférica es la fuerza que ejerce la atmósfera (envoltura gaseosa que rodea al planeta compuesta por nitrógeno, oxígeno y otros gases), sobre una superficie. ¿Por qué ejerce fuerza la atmósfera? Debido al peso del aire. ¿Sobre qué superficie medimos esta fuerza?. De forma estándar definimos una columna imaginaria de base dicha unidad. Así, la altura de la columna imaginaria y por tanto el peso del aire que contiene, dependerá de la altura a la que nos encontremos. No es lo mismo medir la presión atmosférica a nivel del mar, que en la cima del Everest, ya que la cantidad de aire encerrada en nuestra columna imaginaria es mayor en el primer caso. De esta forma se concluye que a mayor altura, menor presión atmosférica.
Debido a esta propiedad, y a la menor densidad del aire como veremos más adelante, cuando volamos en una avión por encima de una altitud determinada, necesitamos un sistema de presurazación en la cabina de pasajeros.
Las unidades que se utilizan generalmente en el mundo aeronáutico son milibares o pulgadas de mercurio.
Temperatura del aire
Independientemente de la latitud (distancia angular entre el ecuador y un punto determinado del plante) en la que nos encontremos, a mayor altura la temperatura del aire será menor. Esto es debido a que los rayos que atraviesan la atmósfera procedentes del sol, no calientan de forma significativa su temperatura. No obstante, la Tierra absorve absorbe esta energía incidente y aumenta su temperatura, la cual es cedida de forma gradual a las capas de aire de la atmósfera. Así, cuanto más alejada esté la capa de aire de la superficie terrestre, menos calor recibirá.
Relación entre temperatura y presión
Cuando vemos las noticias del tiempo en la televisión, asociamos de forma automática altas presiones con calor y bajas presiones con frío. La ley de compresión de los gases de Gay-Lussac nos confirma que existe una relación directa entre la presión de un gas y su temperatura.Si encerramos una masa de gas en un recipiente y la calentamos, la presión que ejerce esta masa sobre el recipiente aumentará. De forma análoga, al comprimir un gas aumentamos su temperatura y al descomprimirlo lo enfriamos.
Hasta aquí la primera entrega de esta serie de artículos. En la próxima entrada analizaremos la densidad del aire y relacionaremos todos estos conceptos.
Comentarios
Hace tiempo lei lo que fué la mejor explicación a este avance:
http://www.lapizarradeyuri.com/2010/12/16/asi-vuela-un-avion/
Contiene numerosas fuentes, y estudios cientificos en los que se basa el articulo.
Un saludo.
¡Buenísimo!
Acabas de poner a quien escribe este articulo en un aprieto, a ver como lo supera ahora...
Shiiiiiiiioooooon...
Algunos aún se suben a un avión y creen que vuela por arte de magia, que pena que no sea verdad; Harry Potter estaría muy ilusionado.
Con esto al menos quien no lo sepa ya lo sabe. ;)
Jaja, para todos los que pensaban que un avión vuela porque el aire que pasa por encima del ala va más rápido que el que va por debajo XKCD lo desmiente muy bien: http://xkcd.com/803/ (en inglés) Si dejáis el ratón encima de la imagen sale más texto.
-- editado por última vez a las 13:30
Lo digo como crítica constructiva...
Seguramente quien ha escrito este artículo, al igual que muchos de los lectores entre los que me incluyo, se habrá tragado o se están tragando unas cuantas clases de termodinámica. Por favor, que no se os olvide nunca, absorber en con B. Sí, las dos con B. Que después los de ciencia tenemos mala fama con la ortografía...
Saludos
Antes de que alguien me lo ponga, me respondo a mi mismo ;) también cometo erratas...que no se os olvide nunca, absorber ES con B...
Me gustaría hacer algunas puntualizaciones y correcciones al autor:
1. Dimensionalmente P=F/S, es decir, fuerza por unidad de superficie, correcto; pero en el caso de la atmósfera, la presión que se ejerce sobre el suelo, por ejemplo, no se debe únicamente al peso de la columna de aire que tiene por encima, la atmósfera es un gas en equilibrio hidrostático, y aparte de su propio peso, también está sujeto a su temperatura (como bien dices, relacionadas por las leyes de los gases) que influye en el movimiento de las partículas y en los choques y por tanto la presión que se ejerce en el seno del propio fluido.
Otra matización; para medir la presión atmosférica se suelen usar los milibares o los mmHg (milímetros de mercurio, las unidades anglosajonas, para otros XD), pero a la hora de operar en diseño hace tiempo que está aceptado el sistema internacional SI, por lo que se suelen utilizar los pascales Pa, y derivados, kPa, MPa, etc.
2. Por el mismo equilibrio hidrostático de la columna de aire, la temperatura es mayor a menor altitud, el aire está más comprimido; pero eso influye a la temperatura del seno del fluido, independientemente del calor suministrado por radiación solar. Si no da el sol, igualmente la temperatura desciende con la altitud (eso sin entrar en albedos luminosos, de los elementos que dominen en el entorno, como convección, etc., que es otra historia).
3. Ya puesto, pon la ley de los gases, que es una aproximación muy buena y se usa en ámbito aeronáutico:
P·V=n·R·T ó P=rho·Rg·T
Siendo más usada la segunda (la primera es más para laboratorio, donde se usan volúmenes, con cantidades de gas controlados, por eso n del nº de moles, y la R constante de los gases, P y T presión y temperatura, obvio).
Los términos de la segunda son rho (letra griega) para la densidad, que resulta de combinar la masa de gas (moles) por unidad de volumen, y Rg que es la constante para cada gas, dividida la constante absoluta R por el número de moles del gas.
Cualquiera que le de un par de vueltas podrá ver los cambios operados en el seno de un gas al variar los parámetros.
Un saludo.
Me aclaro a mí mismo, que me he despistado y no se entenderá bien: en la conversión de la ecuación de gases ideales, el nº de moles es equivalente a la masa de gas dividida por la masa molecular; por tanto la masa dividida por el volumen, densidad rho, y la R dividida por la masa molecular, da la constante Rg para cada gas.
Espero que haya quedado más claro ;)
Saludos.
interesante
Si al estrellarse un avión queda intacta la caja negra ¿Por que no hacen el avión del mismo material de la caja negra para que quede intacto? ¡Ja ja ja, porque si lo hicieran del mismo material el avión no volaría! La caja negra hoy en día es naranja, para que sean más fáciles de encontrar.
es mas fácil que en la otra entrega digas como vuelan los pájaros porque es el mismo método empleado hasta hoy para hacer volar un avión.
bueno, el mismo, el mismo, no.
ambos generan circulación alrededor del elemento sustentador (alas para los pajaros y alas para los aviones.) Ahora, la manera de generarla es particularmente diferente, y aunque parezca mentira, lo hace, aerodinámicamente más eficiente un avión que un pájaro.
Tengo una duda que me corroe desde hace tiempo... ¿Si las cabinas de los aviones están presurizadas, por qué se nos entaponan los oídos? Se supone que no deberían haber cambios de presión dentro de la cabina, ¿no?
Porque aunque se presurizan, lo hacen hasta una presión "suficiente" para el bienestar de los pasajeros y tripulación, pero no hasta presión a nivel del mar. Repercutiría negativamente en los requisitos estructurales de la aeronave (mayor diferencia de presión, estructura más resistente que lo soporte) así como de resistencia a los ciclos de presurización (estructura diseñada para aguantar igual número de ciclos a mayor diferencia de presión, y mayor resistencia a fatiga). Todo esto haría a la aeronave más pesada y más cara de diseñar y de volar.
Saludos.
+1 Muy interesante.
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5En todos los sitios hay gente desencantada con sus estudios.
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