¿FLIPAMOS CON EL AIRE? Opciones

[Relente de Luna]

Me parece muy interesante el tema y me encanta la forma en la que está contado. Espero este topic tenga continuaciones.

S2

[Raquel]

Bien, sigo por donde lo había dejado y vamos a ver ahora las razones que dan cuenta de ese experimento tan sencillo para comprender que el soplo ( o flujo) que aplicamos sobre la hoja de papel está creando una fuerza de sustentación. Y que esta fuerza, además, actúa de forma perpendicular a la dirección del flujo.

La fuerza de sustentación es la misma causa que nos permite interpretar qué mantiene a un objeto suspendido en el aire y atro adherido o pegado al suelo. La cuestión está en saber aprovechar esos planos o superficies aerodinámicas ("aerofoil") para sacar provecho de las virtudes del aire.
Se me ocurre otro ejemplo que me pusieron una vez: el caso de una cometa o un ala parapente. Quienes hayan tenido oportunidad de probarlas habrán comprobado, sin duda, la enorme fuerza que se genera por su forma inclinada hacia abajo y cómo son capaces de elevar un cuerpo según la magnitud o dimensión que tengan. Me decían que, en ocasiones, si la cometa es muy grande, quien la está manejando debe atarse a algún sitio para no volar con ella .

Creo que conocemos todos el principio que nos permite describir el comportamiento de un fluido como el aire, al igual que hemos oído muchas veces hablar del físico que lo teorizó: Bernoulli, en el S. XVIII, al estudiar la dinámica de los fluidos. Si bien, es cierto que los intentos de explicación de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en movimiento se remontan hasta Aristóteles. Pero aquí no vamos a hacer historia ahora, y ni siquiera detenernos más de lo necesario para aclarar estas leyes.

¿De dónde proviene el pretendido apoyo aerodinámico por el que tanto se trabaja sobre un coche?
Este apoyo es una fuerza resultante debida a la diferente presión que se da entre las superficies inferior y superior de un cuerpo con forma de ala que corta con su movimiento un flujo o corriente de aire.

Bernoulli (1738) hizo posible que entendiéramos la ecuación que establece la correlación entre la velocidad y la presión que ejerce un fluido en movimiento . Si bien fue Leonhard Euler quien, pocos años después (1755), dio expresión matemática a dicha ecuación.
La fórmula diría lo siguiente: "donde el flujo alcanza su mayor velocidad, la presión alcanza su mínimo". Es decir, que cuando un fluido (nos centramos en el aire aquí) circula sobre el perfil de una forma dada (un ala), la presión y velocidad de dicho fluido se convierten en formas de energía intercambiables. Significa lo siguiente: un aumento de velocidad en el flujo conlleva una disminución o reducción de la presión del aire y viceversa.
¿Lo aclaramos un poquito más? Viéndolo en un gráfico es mucho más simple, pero supongo que todos estamos hartos de ver el archiconocido esquema de una forma de ala y la representación del flujo indicando con líneas paralelas el paso del aire por encima/debajo de ella y, marcando la dirección con vectores o flechas, el dibujo que representa la resistencia al avance, la fuerza aerodinámica total y la sustentación negativa o carga aerodinámica.
Teniendo esta imagen en mente, sigamos. Si nos centramos en la sección de un ala de un F1, comprobamos que la superficie inferior del ala -que presenta una forma curva- posee mayor distancia que la correspondiente a su parte superior. Podríamos indicarlo de la siguiente manera de un modo más preciso: desde el borde de ataque (o delantero) del ala al borde de fuga o salida (borde trasero), el ala presenta mayor recorrido por su parte inferior. Lo aerodinamistas llaman "cuerda del ala" a esta longitud que mide la distancia de punta a punta de la misma.
¿Qué consecuencias tiene todo esto al calcular el recorrido de un flujo a través de ella? Pues que las partículas de aire que se desplazan sobre ella prenentan 2 condiciones distintas: las que circulan por la cara inferior deben recorrer una superficie mayor hasta alcanzar el borde de salida o fuga que las partículas de aire que hacen su recorrido por la parte superior. eso hará que las moléculas de aire que fluyen por el inferior se desplacen con más rapidez o velocidad para llegar al mismo tiempo hasta el borde de fuga del ala que las que la circulan por la parte de arriba.

Lo que establece la ecuación de Bernoulli es que a medida que se da un aumento en la velocidad del flujo inferior se propuce, a su vez, el efecto contrario en cuanto a presión: ésta se reduce. De este diferencial de presión surge el pretendido apoyo aerodinámico que hace posible que los neumáticos del vehículo permanezcan adheridos o pegados al suelo, a pesar de enfrentarse en los giros a esas elevadas fuerzas laterales que afectan sobre el monoplaza al tomar una curva.
El coche, en tanto que móvil impulsado por un motor, tiende a seguir una trayecctoria recta de un modo natural. Para hacerlo virar a fin de seguir la trazada de la curva, se necesita aplicar una fuerza perpendicular a esta trayectoria recta. Esta fuerza resulta del hecho de torcer el volante para que los neumáticos delanteros giren; el peso aerodinámico de los alerones permiten el empuje necesario para que las ruedas no se despeguen del asfalto de la pista y el vehículo tuerza a gran velocidad siguiendo la trayectoria curva. Esto, claro, explicado de forma muy somera...
Pero, en realidad, resulta francamente difícil saber aprovechar convenientemente el flujo de aire sobre el monoplaza para conseguir que éste avance pegado al suelo. Sin embargo, es la clave que permitirá al piloto negociar correctamente las curvas a la máxima velocidad, buscando así siempre por dónde pillar "una décima extra". Y si tenemos en cuenta que muchos factores aerodinámicos se repelen, es fácil compdrender cuán complejo puede llegar a ser el dominio de ese flujo.

De seguir adelante con todo esto , deberíamos intentar estudiar (pasando a vuelo rasante para no caer en complicadas ecuaciones y gráficas matemáticas) cuáles son las fuerzas implicadas en la carga aerodinámica y de qué modo se podrían determinar los coeficientes de sustentación.

Acabemos antes con una nueva comparativa para el caso del avión. El avión se mantiene en el aire gracias a su velocidad. Si bajáramos ésta, la sustentación disminuiría y el avión descendería también. La difícil maniobra de aterrizaje permite verlo bien. La velocidad debe descender mucho; las alas en configuración de vuelo a velocidad reducida de aterrizaje no son capaces de mantener al avión en el aire. Pero evidentemente, para evitar que el avión caiga en vertical sobre el suelo (menudo choque tremendo sería, hay que acercarse muy despacio sobre la superficie de la pista para que sus reudas sean capaces de absorber la fuerte energía cinética con que el avión toca suelo. Para ello se cambia el tamaño de las alas cuando se produce la maniobra de aterrizaje: las alas se despliegan -como habremos comprobado todos si nos toca ir sentados en ventanilla junto a ellas- y aparecen los flaps que permien seguir volando a velocidades bajas, de modo que "el gigantón" toma más suave el nuevo terreno.

Hasta aquí por ahora...
Gracias por vuestra atención , cómo no.