La física del vuelo
La fascinación por el vuelo ha sido el combustible que ha motivado a destacados científicos e inventores a aprender sobre aerodinámica durante cientos de años. Sir Isaac Newton ideó y compartió sus tres leyes del movimiento en 1686, que se centraban en cómo se mueven los objetos y las fuerzas que afectan el movimiento. Los científicos e inventores también han examinado la física del vuelo para comprender cómo vuelan las aves y aplicar estos fundamentos para desarrollar y perfeccionar el vuelo de los aviones. La física del vuelo explica cómo los aviones despegan del suelo y aterrizan de nuevo con seguridad y cómo los pájaros surcan el cielo.
Física de vuelo básica
Las tres leyes del movimiento de Newton incluyen los siguientes principios. La primera ley establece que todo objeto en movimiento permanecerá en movimiento a menos que algún tipo de fuerza externa lo cambie. La segunda ley del movimiento se centra en la masa de un objeto y cómo afecta su aceleración. En resumen, cuanta más masa haya en un objeto, más fuerza se necesitará para cambiar su velocidad y/o dirección. La tercera ley establece que toda fuerza tiene una fuerza opuesta que es de igual fuerza. Reducir la velocidad o detener un objeto en movimiento requiere la aplicación de una fuerza opuesta.
Daniel Bernoulli fue un científico suizo que vivió durante el siglo XVIII. La contribución de Bernoulli a la física del vuelo se centra en el descubrimiento de la disminución de la presión del fluido a medida que aumenta la velocidad. El Principio de Bernoulli es un principio fundamental de la aerodinámica.
La aerodinámica implica una combinación de cuatro fuerzas diferentes: sustentación, peso, resistencia y empuje. La sustentación es la fuerza opuesta al peso y se produce cuando el aire se mueve sobre las alas. La fuerza del peso incluye el peso total de un objeto: la fuerza de gravedad naturalmente tira del peso hacia abajo. La resistencia es una fuerza de desaceleración, opuesta a la fuerza de empuje, que ocurre con la interrupción del flujo de aire. El empuje es una fuerza que avanza y se opone a la resistencia. El empuje se produce debido a la energía producida por el rotor o la hélice.
Vuelo de aeronave
Para que un avión vuele, las cuatro fuerzas deben tener el equilibrio adecuado. El despegue requiere un empuje más fuerte que la resistencia, y el aterrizaje requiere un empuje y una sustentación reducidos para que el avión regrese al suelo. Las alas de un avión son un componente importante de la sustentación debido a la diferencia en la presión del aire en la superficie superior en comparación con la superficie inferior cuando un avión vuela. Esta diferencia hace que el avión ascienda. Los helicópteros también utilizan las mismas fuerzas para volar. Las palas del rotor son contrapartes de las alas de un avión y proporcionan sustentación al helicóptero. La diferencia es que las palas del rotor del helicóptero giran, lo que fuerza al aire sobre ellas para elevar el helicóptero. Los cohetes son otro tipo común de avión que también depende de las mismas cuatro fuerzas. Los cohetes utilizan combustible para impulsarse al espacio. El escape del motor del cohete también ayuda a moverlo porque el escape se mueve hacia atrás, lo que obliga al cohete a avanzar. Incluso las cometas vuelan utilizando las fuerzas del movimiento. El viento que se mueve a través de la vela de la cometa produce presión, lo que le da sustentación a la cometa. Esta presión también crea un tipo de vacío que produce empuje.
Cómo vuelan los pájaros
Las aves vuelan por el aire utilizando las mismas fuerzas aerodinámicas que hacen posible que vuelen aviones, helicópteros, cohetes y cometas. La presión sobre las alas de un pájaro en comparación con la presión debajo de ellas crea una elevación hacia arriba. Cuando los pájaros baten sus alas, crean un empuje para impulsarlos por el aire. Algunas aves se deslizan y vuelan por el aire manteniendo sus alas en un ángulo en forma de V para controlar cómo el viento golpea sus alas. Las colas de las aves también les ayudan a controlar la elevación y la velocidad del vuelo. Al extender las plumas de la cola, se produce un arrastre, lo que las frena para aterrizar.
Recursos adicionales
Obtenga una comprensión firme del vuelo, la aerodinámica y las fuerzas del movimiento explorando planes de lecciones y sitios educativos. También puedes realizar experimentos e incluso jugar juegos de física para ver las fuerzas del movimiento que hacen posible volar. Incluso algo tan simple como un avión de papel proporciona pistas importantes sobre cómo un objeto puede volar por el aire. Muchas actividades son lo suficientemente sencillas como para realizarlas en casa con materiales domésticos.
