Con este post inauguramos una nueva serie de artículos titulados “¿Cómo funciona?” y en ellos discutiremos el funcionamiento matemático y físico de algunas de las tecnologías que nos rodean hoy día. Tal y como dicen los que más saben, las cosas más simples y naturales no son siempre las mejor comprendidas. Es por ello que desde aquí vamos a profundizar en ellas.
Este primer artículo versará sobre cómo es posible que un globo estratosférico pueda volar (se denomina estratosférico porque sólo se desplaza por la estratosfera, localizada entre los 11 y los 50 km de altura). Además, este primer post nos servirá para introducir una serie de principios físicos que nos ayudarán a entender el siguiente artículo que publicaremos ¿Cómo vuela un avión?
Introducción
Todos hemos visto alguna vez un globo volando, ya sea en la televisión o en directo. La idea general que tenemos sobre su funcionamiento es la de una cesta donde se colocan los pasajeros y un enorme globo donde se calienta el aire. Gracias a este aire caliente, el globo sube. Ésta es la idea que todos tenemos pero, ¿por qué sube realmente el globo?
Arquímedes
El descubridor del principio físico que hace posible la elevación del globo fue Arquímedes. Un genio del siglo II a. C. que residía en Siracusa y del cual recordamos la famosa expresión “¡Eureka!” (el significado real de esta palabra griega es ¡lo conseguí!).
Arquímedes descubrió que si introducía un objeto en el agua y lo dejaba libre, éste sufría una fuerza hacia la superficie. Probad a meter una pelota de ping-pong en la bañera, soltadla y veréis como sube hacia la superficie.
De forma general, Arquímedes descubrió que al introducir un cuerpo en un fluido cualquiera, éste sufre una fuerza vertical hacia arriba (llamada empuje) equivalente al peso del fluido que ha desplazado. Así, la fuerza que sufrirá el objeto hacia arriba será igual al peso del volumen de agua que hayamos desplazado al introducir la pelota. Recordaréis de vuestros días de colegio, que la fórmula del peso era
Pero, ¿cómo podemos medir la masa de esa porción de agua desplazada? Se hace a través de otra fórmula que también recordaréis
ya que la densidad del aire es un dato conocido. De esta forma, la famosa fórmula de Arquímedes puede expresarse como
Aunque se conoce como el principio de Arquímedes, puede considerarse un teorema demostrable a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes para un fluido en reposo (un principio es una ley de la naturaleza que no se puede demostrar).
Seguramente os estaréis preguntando qué tiene que ver todo esto con el funcionamiento de un globo. Pues todo, ¡ya que el aire es un fluido en sí mismo! Sin embargo, si el aire es un fluido, ¿Por qué no flotamos todos al igual que hace la pelota de ping-pong al introducirla en la bañera? Y en cualquier caso, ¿cómo vuela el globo al calentar aire? Eso es algo que veremos en la segunda entrada de este artículo.
Comentarios
No creo que tenga autoridad para darle la bienvenida señor Cscazorla, pero si la tuviera le daría una gran bienvenida ¡Gracias, teníamos al señor Parra, al señor Jaume y al capitán Tomate esclavizados -principalmente al primero-!
Eramos multitud y parió la abuela. Es broma :D. Es bueno ver muchas caras nuevas por aqui ultimamente. Esto seguramente va a dotar de mas vida todavia al blog y dejar descansar un poco al pobre Sergio.
Ademas veo que también vas por la rama de fisica y eso me alegra aun mas. Bienvenido de mi parte.
Respecto al articulo, uno de las cosas que mas me motivo a estudiar fisica es el conocer el porque y como funciona todo, por lo que supongo que esta serie tambien me va a gustar. Me recuerda a los programas habituales en el Discovery Channel tipo "How things work?" o similares.
interesante
Muchas gracias por la bienvenido, os lo agradezco.
Desde luego, el objetivo de esta serie de artículos divulgativos ¿Cómo funciona? es captar el interés de la gente por los fenómenos físicos que nos rodean en el día a día.
Un saludo,
Gracias por pensar en los neófitos y no dotados en dichas ciencias (me incluyo aquí).
Me encantó la forma en la que estructuro el artículo. Fue más fácil de leer y como diseñadora me encantan los "dibujitos". Saludos.
Me encanta eso de "el aire es un fluido en sí mismo". Antes daba por hecho que todo el mundo lo sabía, pero viendo un programa de la televisión (El Intermedio, creo), hicieron algunas preguntas a gente por la calle. Aunque no recuerdo exactamente cuáles eran, preguntaron algo sobre el aire y fluidos, y algunos de los entrevistados no sabían que el aire es un fluido.
En fin, la cultura popular.
Hace poco lei un articulo que decia lo de como volaba un avión, y dio mucho de que hablar.
Ya que decia que la sección del ala no es la que sustenta el avión(por lo de la diferencia de presión entre la parte de arriba y la de abajo) sino que el angulo de ataque y una cosa llamada downwash (o algo así) era lo que provocaba la sustentacion.
El argumentaba que la sección no podia ser la causa de la sustentación porque entonces boca a bajo no tendrian sustentación. Y de hecho hay aviones que tienen sección simetrica en el ala.
En un documental vi que un jumbo vuela exactamente igual que un avión de papel, o sea que por mi parte creo esta teoria. Esto dio mucho que hablar incluso en foros de ingenieros aeronautico y ni ellos sabian como explicar.
Espero que resuelvas las dudas.
Que yo sepa el ángulo de ataque del ala tienen una influencia directa en la fuerza de sustentación. Realmente si no es esta fuerza nose lo que puede hacer que el avion vuele. Crei que estaba mas que comprobado.
De hecho me parece recordar una practica de laboratorio en la que media la fuerza de sustencia de un perfil de ala en función de su ángulo.
Sí, eso decia el articulo. Que la sustentación se debia al angulo de ataque y no a la forma de la sección del ala.
Aaa vale eso era lo que no entendia. En realidad si no recuerdo mal es una combinacion de ambas. Un perfil de alas con un angulo de ataque demasiado pronunciado no sirve absolutamente de nada, pero un ala plana con el angulo de ataque apropiado, aunque si que sirve para sustentar un avion de papel dudo que proporcionara la fuerza de sustentacion necesaria para que hacer volar las varias toneladas de un Boeing 747.
Redefinamos un poco.....
Habéis deducido bien que es importante el ángulo de ataque........pero la forma de la sección también es importante: es lo que se conoce como perfil aerodinámico y su simplificación máxima ==> la curvatura del perfil.
Por eso un perfil aerodinámico simétrico, si está a un ángulo de ataque de 0º no proporciona sustentación. Por contra, un perfil que tenga curvatura (para que nos entendamos, una cuchara del revés), aun estando a un ángulo de ataque de 0º proporcionará sustentación, ya que la presión del extradós (parte superior del perfil) e intradós (parte inferior) no será la misma.
Como nota para el futuro artículo de cscazorla (bienvenido!!) y para todos los curiosos...algo que aprendí en primero de carrera: """los aviones vuelan "succionados" por arriba, no "empujados" desde abajo."""
-- editado por última vez a las 01:14
Gracias a los dos. Tenia esta duda, ahora entiendo un poco mejor.
De ahí que un kilo de hierro pese más que uno de paja... una masa de un kilo de paja ocupará más que una masa de un kilo de hierro... desplazará más volumen de aire por lo que en una bascula en la tierra marcará menos peso.
Realmente, un kilo de hierro pesa lo mismo que un kilo de paja, por algo los dos son un kilo.
Un saludo
Supongo la diferencia entre el empuje vertical de un kilo de hierro y uno de paja es despreciable. El peso normalmente se asume F=mg, pero realmente, la fuerza "medida en la báscula" es F=mg-F_empuje_vertical, que depende del volumen del cuerpo. Si tu pesas 1kg de hierro y 1kg de paja tendrás el mismo "peso" (que para eso lo has medido) pero la masa no será la misma ya que está el empuje vertical.
Corregidme si me equivoco.
La masa es la misma, 1 kg en ambos. El peso es el mismo, aproximadamente 9,8 Newtons en los dos casos. Pero como dices lo que registra la báscula si que es diferente porque en realidad lo que mide es la normal, que es igual a la fuerza que se ejerce sobre ella.
Como tambien has dicho bien, si quisieramos ser exactos deberíamos contabilizar el empuje que ejerce el aire sobre la paja o el hierro, y que al ser mayor el volumen de un kilo de paja que el de hierro este empuje será mayor para la paja. Pero como supongo que dirá cscazorla en los siguientes articulos, este empuje es muy pequeño, y dudo que pudiera ser medido con una báscula normal, incluso con una bastante precisa.
pues bien venido compañero! enrróllate las mangas, por que aquí nos tienes, una manada de incomprendidos, cuestionadores, sabe-lo-todo y preguntones que somos la mayoría de los que leemos por aquí, y si no es asi, pues soy solo yo y no me doy cuenta..!
Bueno CSCAZORLA, creo recordar que te dí la bienvenida en otro tema, aunque de igual modo ¡bienvenido! y espero que te quedes algún tiempo formando parte de gencienca, puesto que ello significará más material para leer.
Tu no que no me conoces, no te asustes por lo que pueda decir en tus temas, soy bastante crítico, si, pero críticas constructivas.
En lo referente al tema, para mi gusto le falta "chicha" y algo de profundidad; pero bueno, todo se mejorará.
Nuevamente un saludo. ;)
Hola muy bueno el post, me encanta todo lo relacionado con volar.En el buen sentido, jeje. Ya que empezaste esta serie de articulos me gustaria si podes publicar algo de la bomba de ariete, hace rato que busco y no encuentro nada claro. Saludos
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