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miércoles, 23 de enero de 2013

¿Y por qué vuelan los aviones?


   Hay muchas explicaciones de por qué vuelan los aviones, muchas teorías y muchas formas de expresarlo, y todas son ciertas, válidas o útiles para unos aspectos y no lo son para otros.

 La mía no será diferente, pero me gustaría empezar este blog con mi explicación, que no es más que una visión de las explicaciones de profesores, libros, internet y lo que veo con mis ojos: no voy a decir nada nuevo.
¿Qué poderosa relación tienen los aviones y el aire para conseguir desafiar a la gravedad de esa manera?

  Solemos subestimar el aire: si abrimos una caja y solo hay aire decimos que está vacía. Pero el aire tiene masa (muy poca) y cuando se junta una gran cantidad de aire a bastante velocidad sabemos por experiencia que genera mucha energía (huracanes, tornados, ...), y como vemos en los aeropuertos, es capaz de levantar monstruos de varios cientos de toneladas.

   En nuestra atmósfera todo está sumergido en el aire, no hay vacíos, y si se intenta hacer uno el aire intentará por todos los medios volver a llenarlo. Ésto lo podemos sentir fácilmente cuando respiramos: hinchamos nuestro pecho e inmediatamente se llena de aire que entra rápidamente por nuestra boca.

El aire se mueve de las zonas con más presión a las zonas con menos: si las partículas de aire están “muy juntitas y agobiadas” y al lado hay un sitio casi vacío, se irán rápidamente a ocupar ese sitio hasta que todas las partículas estén igual de “agobiadas”.

Las alas, como todo en la atmósfera, están sumergidas en el aire. Cuando se mueven con cierta inclinación con respecto a la velocidad del aire,( ángulo de ataque) van a tender a presionar el aire en contra y a separarse del aire de atrás, por lo que “intentarán” crear un vacío detrás de ellas, o lo que es lo mismo, zonas con poca presión, y el aire se apresurará a volver a llenar ese espacio. Pero cuando el aire llega a esas zonas, a parte de ir como un loco a llenar ese "vacío",el ala ya está un poco más adelante y al aire no le queda otra que seguir moviéndose por inercia hacia abajo. Como consecuencia, el avión mueve aire hacia abajo al avanzar.
Como demostró Newton, toda acción conlleva una reacción. La fuerza del avión sobre el aire es la misma y opuesta que la del aire sobre el avión. La fuerza que ejerce el avión sobre el aire para moverlo hacia abajo tiene como reacción que el aire tire del avión hacia arriba.
Lo que hace la fuerza necesaria para el vuelo es la reacción sobre el avión del aire arrastrado hacia abajo
   Cuanto mayor es la velocidad del avión, más aire mueve hacia abajo y por tanto mayor es el empuje hacia arriba, hasta que alcanza una velocidad en la que ese empuje es un poco mayor que su peso y el avión despega!
   Los aviones, y cualquier vehículo aéreo, se diseñan de manera que a lo largo de su forma el aire vaya por donde queramos y a la velocidad que queramos de forma que sea lo más eficiente posible. Las aves llevan haciendo esto mucho mejor que nosotros desde hace tiempo, cambiando la forma de sus alas según las presiones que noten en ellas (igual que nosotros movemos sutilmente los pies para mantenernos en equilibrio según la presión que sintamos) y de esta forma guiar el aire con un cariño y precisión impresionantes que aún estamos lejos de alcanzar. Aunque en nuestra defensa diré que nuestros aviones son mucho más eficientes energéticamente que las aves.

   En el diseño de la forma de volar eficiente es donde se empieza a complicar la cosa y entran en juego la aerodinámica y la mecánica de fluidos, pero si hacemos “algo” que haga que la suficiente cantidad de aire vaya hacia abajo con suficiente velocidad, podemos estar seguros de que nuestro “algo” irá para arriba.



Photo of an airplane climbing through a cloud bank showing
 the result of downwash and tip vortices.
http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/downwash.html
En esta foto se ve claramente el aire empujado hacia abajo. Las nubes estaban planas antes de que pasara el avión.

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