APLICACIÓN DE LA L A ECUACIÓN DE BERNOULLI EN AVIONES AVIONES Todo el que ha viajado en avión o simplemente lo haya visto volar no puede menos que preguntarse preguntarse cómo una máquina máquina más pesada que el aire puede despega despegarr de una pista, pista, manten mantenerse erse en el aire, aire, trasla trasladars darse e de un punto punto a otro sin perder el rumbo y aterrizar de nuevo en el aeropuerto de destino.
Independientemente del fabricante, tipo, modelo y tamaño, los aviones posen elementos comunes sin los cuales no podran volar.
Todos Todos necesitan un fuselaje, alas, cola y superficies fle!ibles para el control del vuel vuelo. o. "e hecho hecho,, sola solame ment nte e con con esos esos elem elemen ento toss un plane planead ador or puede puede vol volar y ater aterri riza zarr sin sin neces ecesid idad ad de tene tenerr ning ning#n #n moto motorr que que lo impu impuls lse, e, aunque este tipo de avi avión para leva evantar vuel uelo nece ecesita utilizar zar un mecanismo mecanismo au!iliar au!iliar que le suministre suministre el impulso impulso inicial inicial para el despegue, despegue, como como por ejempl ejemplo o un automóv automóvilil que lo arrast arrastre re por la pista pista enganc enganchado hado a un cabl cable. e. $na $na vez que que el plane planead ador or despeg despega, a, el pilo piloto to liber libera a el cabl cable e que que lo une al dispositivo de arrastre y ya puede continuar el vuelo solo, aprovechando las corrientes de aire ascendentes.
FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE EL AVIÓN AVIÓN EN VUELO %obre un avión en vuelo act#an cuatro fuerzas fundamentales&
'evantamiento o sustentación (L) (Lift) )eso (W) (Weight) *esistencia (D) (Drag) +mpuje (T) (Thrust)
Levantamiento o !tenta"i#n (L)$ +s la fuerza de ascensión que permite al avión mantenerse en el aire. +l levantamiento o sustentación se crea principalmente en las alas, la cola y, en menor cuanta, en el fuselaje o estructura. )ara que el avión pueda volar la fuerza de sustentación debe igualar a su peso ('-, contrarrestando as la fuerza de gravedad.
Peo (W) +s el resultado de la fuerza de atracción que ejerce la gravedad sobre todos los cuerpos situados sobre la superficie de la tierra, atray/ndolos hacia su centro. 'a fuerza de gravedad se opone al levantamiento o sustentación en el avión, tanto en tierra como durante el vuelo.
F!e%&a 'e em!e o t%a""i#n (T) 'a proporciona el motor (o motores del avión por medio de la h/lice o por reacción a chorro. 'a fuerza de empuje permite al avión moverse a trav/s de la masa de aire y es opuesta a la fuerza de resistencia. )ara que el avión pueda mantenerse en vuelo la fuerza de empuje debe igualar a la fuerza de resistencia que se opone a su movimiento (T".
Reiten"ia (D) +s la fuerza que se opone al movimiento de los objetos sumergidos en un fluido. "esde el punto de vista fsico, tanto el agua como los gases se consideran fluidos. "e manera que el aire, al ser un gas, se considera tambi/n un fluido. 'a resistencia aerodinámica, que se opone al desplazamiento de los objetos cuando se desplazan a trav/s de los fluidos, la produce la fricción y depende, en mayor o menor grado, de la forma y rugosidad que posea la superficie del objeto, as como de la densidad que posea el propio fluido
*CÓ+O SE CREA LA SUSTENTACIÓN,
'a sustentación que mantiene al avión en el aire sólo se puede crear en presencia de un fluido, es decir, de la masa de aire que e!iste dentro de la atmósfera terrestre. 0i la sustentación ni la resistencia se producen en el vaco. )or esa razón las naves espaciales no necesitan alas para moverse en el espacio e!terior donde no hay aire, con e!cepción de los transbordadores que s la necesitan para maniobrar a partir del momento que reingresan en la atmósfera terrestre y poder despu/s aterrizar.
Teo%-a 'e Be%no!..i / 'e Ne0ton +!isten dos teoras acerca de la creación de la sustentación& la de 1ernoulli y la de 0e2ton. 3unque ninguna de las dos se considera perfecta, ayudan a comprender un fenómeno que para e!plicarlo de otra forma requerira de una demostración matemática compleja.
Teo%-a 'e Be%no!..i 'a teora del cientfico suizo "aniel 1ernoulli (456674589, constituye una ayuda fundamental para comprender la mecánica del movimiento de los fluidos. )ara e!plicar la creación de la fuerza de levantamiento o sustentación, 1ernoulli relaciona el aumento de la velocidad del flujo del fluido con la disminución de presión y viceversa. %eg#n se desprende de ese planteamiento, cuando las partculas pertenecientes a la masa de un flujo de aire chocan contra el borde de ataque de un plano aerodinámico en movimiento, cuya superficie superior es curva y la inferior plana (como es el caso del ala de un avión, estas se separan. 3 partir del momento en que la masa de aire choca contra el borde de ataque de la superficie aerodinámica, unas partculas se mueven por encima del plano aerodinámico, mientras las otras lo hacen por debajo hasta, supuestamente, reencontrarse en el borde opuesto o de salida. Teóricamente para que las partculas de aire que se mueven por la parte curva superior se reencuentren con las que se mueven en lnea recta por debajo, deberán recorrer un camino más largo debido a la curvatura, por lo que tendrán que desarrollar una velocidad mayor para lograr reencontrarse. +sa diferencia de velocidad provoca que por encima del plano aerodinámico se origine un área de baja presión, mientras que por debajo aparecerá, de forma simultánea, un área de alta presión. :omo resultado, estas diferencias de presiones por encima y por debajo de las superficies del plano aerodinámico provocan que la baja presión lo
succione hacia arriba, creando una fuerza de levantamiento o sustentación. +n el caso del avión, esa fuerza actuando principalmente en las alas, hace que una vez vencida la oposición que ejerce la fuerza de gravedad sobre /ste, permita mantenerlo en el aire.
Representación gráfica de la teoría de Bernoulli.
+l flujo de partculas de la masa de aire al chocar contra el borde de ataque del ala de un avión, se bifurca y toma dos caminos& (3 un camino más largo, por encima de la superficie curva del plano aerodinámico y otro camino más corto (1, por debajo. +n la parte superior se crea un área de baja presión que succiona hacia arriba venciendo, en el acaso del ala, la resistencia que opone la fuerza de gravedad. +l teorema de 1ernoulli es la e!plicación más com#nmente aceptada de cómo se crea la sustentación para que el avión se mantenga en el aire. %in embargo esa teora no es completamente cierta, pues si as fuera ning#n avión pudiera volar de cabeza como lo hacen los cazas militares y los aviones de acrobacia a/rea, ya que al volar de forma invertida no se creara la fuerza de sustentación necesaria para mantenerlo en el aire al variar la forma de las alas. "e hecho, las alas de esos tipos de aviones son sim/tricas por ambos lados.
Secciones transversales tres tipos diferentes de alas
de
(!) !la estándar. (B)"erfil típico del ala de avión de acro#acia a$rea.
un
(%) ala de un ca&a de co'#ate. #serve ue ni el ala *B+ ni la *%+ son planas por de#a,o
"e cualquier forma la teora de 1ernoulli no es desacertada por completo, pues en realidad durante el vuelo de un avión el aire siempre se mueve más rápido por la parte de arriba que por la de abajo del ala, independientemente de la forma de su sección transversal. :omo postula en parte el teorema, esa diferencia de velocidad origina una baja presión encima del ala que la succiona hacia arriba y, por tanto, crea la sustentación. %in embargo, contrariamente a esa teora, las partculas que viajan por arriba de un plano aerodinámico nunca se llegan a reencontrar con las que viajan por debajo
$n avión es en s un cuerpo tridimensional, por lo que para moverse en el aire se vale de tres ejes o lneas imaginarias.
Ee 123 o .on4it!'ina. :omienza en el morro o nariz del avión y se e!tiende a trav/s de todo el fuselaje hasta llegar a la cola. +l movimiento del avión sobre el eje ;<= se denomina ;alabeo o balanceo= y se controla por medio de los alerones.
Ee 153 o .ate%a. %e e!tiende a todo lo largo de la envergadura de las alas, es decir, de una punta a la otra. +l movimiento sobre el eje ;>= se denomina ;cabeceo= y para controlarlo se utiliza el timón de profundidad o elevadores, situados en la cola del avión.
Ee 1Z3 o ve%ti"a. 3traviesa la mitad del fuselaje. +l movimiento sobre el eje vertical se denomina ;guiñada= y se controla por medio del timón de cola o dirección, situado tambi/n en la cola del avión
'os aviones poseen, como mnimo, cuatro superficies fle!ibles o movibles e!teriores que le permiten despegar y aterrizar, mantenerse en el aire y cambiar el rumbo.
"os de esas superficies son los alerones y los flaps, situados en las alas? las otras dos son, el timón de dirección (o timón de cola y el timón de profundidad (o elevadores, ambas situadas en la cola.
Re6e%en"ia 7i7.io4%86i"a9 @os/ 3. Aarca 3. (964B 3s funciona el avión. *ecuperado de @os/ 3ntonio Aarca Clvarez. 3s funciona el avión. *ecuperado de http&DD222.asifunciona.comDaviacionDafEavionDafEavionB.htm
7$n avión vuela a 466 mph a una latitud de 46666 pies en una atmosfera normal. determinar la presión en el punto (4 lejos del avión, la presión en el punto de estancamiento sobre la nariz del avión, punto (9, y la diferencia de presión indicada por una zona pitot estática conectada al fuselaje.
%olución& )resión +stática a la altitud de 46666 pies )4 4FGB lb8 piesH9 46.44 lbDpulgH9 Tambi/n, la densidad es )6.664G5GB slugs Dpies H %i el flujo es estable, no viscoso e incomprensible, y se ignoran los cambios de elevación, la ecuación de 1ernoulli se convierte en&
1
2
P + V 2
+ γz= 0
P 2 = P 1 +(
ρ V 1 2
2
)
:on J4 466mph 4FB.5 pies Ds y J9 6 (ya que el sistema de coordenadas este fijo en el avión se obtiene que& )9 4FGB lbDpies H9 K (6.6645GB slugs DpiesH (4FB.5H9 pies H9 DH9 D9 (4FGB K48.L lbD pies H9 )or tanto, en t/rminos de presión manom/trica )9 48.L lbDpies 9 6.44 lbDpulgH9 3s, la diferencia de presión indicada por el tubo pitot estático es& )97)4pJ4H9D9 6.44 lbDpulgH9 %e supuso que el flujo es incomprensible& la densidad permanece constante de (4 y (9. %in embargo, como ppD*T , un cambio de presión ( o temperatura produce un cambio de densidad . para esta velocidad relativamente baja, la razón de las presiones absolutas es casi igual a la unidad (es decir p9Dp4 6.LL de modo que el cambio en densidad es insignificante.
