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¿Cómo vuela un avión? (y IV)

¿Cómo vuela un avión? (y IV)
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En las primeras entregas de esta serie de artículos definimos la presión atmosférica y la temperatura del aire, la densidad y la atmósfera tipo y se introdujo el teorema de Bernoulli y el efecto Venturi. Es hora de ver cómo todos estos conceptos físicos se relacionan con el vuelo de un avión.

Generalmente, damos por asumido que al colocar frente a una corriente de aire un objeto plano con un cierto ángulo hacia arriba, éste se elevará. Intuitivamente pensamos que el aire está empujando hacia arriba el cuerpo, y como puede con él, éste se eleva. Esa idea nos puede parecer acertada en el vuelo de un avión de papel, ya que su peso no es muy elevado. Sin embargo, esta suposición nos choca un poco más cuando pensamos en un avión capaz de elevar unos 80.000kg de masa.

Entremos un poco en materia. Un perfil aerodinámico se puede definir como un cuerpo diseñado de tal forma que, las fuerzas que se originan por la variación de velocidad y presión del aire, le ayudan a elevarse. ¿Qué sucede cuando un perfil aerodinámico (es decir, las alas) se mueven por un fluido (el aire dotado de presión atmosférica y velocidad), a una cierta velocidad y con una determinada orientación hacia arriba (el denominado ángulo de ataque).

El ala de un avión produce un flujo de aire que es proporcional a su ángulo de ataque, es decir, a su orientación hacia arriba, y a la velocidad que con la que se desplaza respecto a la masa de aire que le rodea. Podéis imaginar un símil hidráulico, donde por una tubería llena de agua colocáis un travesaño con una cierta inclinación. Parte de la corriente de agua discurrirá por arriba y otra parte por abajo.

Como vimos en la anterior entrega, debido al efecto Venturi, cuando un fluido que circula por una sección atraviesa un estrechamiento, aumenta su velocidad. De esta forma, la masa de aire que discurre por la parte superior del perfil aerodinámico tendrá una velocidad mayor que la que discurre por la parte inferior. Además, tal y como vimos en el teorema de Bernoulli, esa mayor velocidad implica una menor presión.

Flujo aire

Nos encontramos con una situación donde la corriente superior posee más velocidad y menor presión y la corriente inferior justo lo contrario. Recordad sin embargo que, en cada uno de los puntos debe cumplirse que la suma de presión y velocidad debe permanecer constante.

Presion y velocidad constante

Esta diferencia de presiones produce una fuerza aerodinámica que empuja al ala desde la zona de mayor presión (abajo) hacia la zona de menor presión (arriba), conforme a la Tercera Ley del Movimiento de Newton. Además, aunque no entramos en detalle, existe otra fuerza adicional hacia arriba que se produce al confluir las dos corrientes de aire.

En cierto modo, la fuerza ascendente que actua sobre el avión y contrarresta su peso, es la causante de que el avión se eleve. Esta fuerza se llama sustentación y la crean las alas del avión cuando éste se desplaza a través de una corriente de aire. Podemos decir que el flujo de aire que atraviesa el ala por la zona inferior empuja con más fuerza sobre el ala hacia arriba, que el flujo superior hacia abajo.

Imagen flujo de aire | http://www.zoo.cam.ac.uk/zoostaff/ellington/aerodynamics.html

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