La ciencia detrás del vuelo en avión
El poder del vuelo nos ha inspirado desde que vimos por primera vez pájaros volando en el cielo. Sin embargo, la física detrás del vuelo se nos ha escapado durante milenios. Hoy en día contamos con las matemáticas para describir los principios detrás de este fenómeno, y ya no nos confunde ni se nos escapa. En cambio, constantemente encontramos nuevas formas de llevar el vuelo al límite y tenemos varios tipos de aviones importantes. Cada nave tiene su método de vuelo y, por lo tanto, una base matemática diferente, ¡pero todas logran volar!
Aviones
Los aviones se pueden clasificar en dos categorías principales: aviones a reacción y aviones de hélice. Funcionan de manera similar; sin embargo, se aplican algunas diferencias menores a su diseño aerodinámico general. Los aviones logran volar utilizando sustentación, resistencia, empuje y peso. Utilizan un ala especialmente diseñada para generar alta presión debajo de la nave y baja presión encima. Al utilizar un mecanismo para generar empuje, como una hélice, el ala recibe suficiente flujo de aire para superar el peso y la resistencia del avión. El peso es causado por la gravedad, que tira del avión hacia abajo; La resistencia se produce por la fricción creada por las partículas de aire que pasan por el avión.
Helicópteros
Los helicópteros utilizan el mismo principio de diseño que los aviones, pero de forma diferente. En lugar de alas en el costado de la nave y una hélice en la parte delantera, el helicóptero tiene un rotor direccional en la parte superior. El piloto tiene que aprender a inclinar el rotor para alterar la forma en que genera sustentación y empuje. Si el rotor está inclinado hacia abajo, el helicóptero avanzará. Inclinarlo en un movimiento hacia arriba hará que el helicóptero vuele hacia atrás. Los movimientos hacia la derecha y hacia la izquierda van en sus respectivas direcciones. Todos los helicópteros requieren un rotor estabilizador en el ala para evitar que giren en círculos. Al agregar otro rotor, el piloto puede elegir girar hacia la izquierda o hacia la derecha mientras el rotor principal controla el cabeceo y el balanceo.
Rockets
De todos los diferentes tipos de aviones, los cohetes son, con diferencia, los más fáciles de comprender cómo se logra el vuelo. Sin embargo, los mecanismos reales son difíciles de replicar a gran escala. Si se va a diseñar un cohete para transportar a un ser humano al espacio, debe tener un diseño muy aerodinámico para disminuir la cantidad de resistencia que encuentra en vuelo. También debe tener suficiente empuje para romper la atmósfera de la Tierra; de lo contrario, el cohete sería incapaz de almacenar el equipo necesario a bordo. Además, para evitar que el cohete gire fuera de control, debe tener alas estabilizadoras colocadas en la posición correcta, lo que depende de la distribución del peso del cohete. Se requiere una enorme cantidad de empuje, respaldada por una fuente estable de combustible, si la nave quiere llegar al espacio.
Blimps
Aunque mucha gente confunde los dos aviones, existe una clara diferencia entre un dirigible y un zepelín. Este último es un avión rígido que utiliza una caja torácica resistente para conservar su forma. Por el contrario, un dirigible utiliza gases que son más ligeros que el aire, como el helio o el hidrógeno, para inflar el material con el que está diseñado. Debido a que los gases que utilizan tanto los zepelines como los dirigibles son más ligeros que el aire, naturalmente quieren elevarse por encima de los gases más pesados, como el oxígeno y el nitrógeno. Piense en un juguete submarino colocado bajo el agua. Si atrapas aire en el juguete antes de sumergirlo, el submarino empujará el agua mientras el aire intenta escapar. Cuando llega a la superficie, simplemente se sienta en la cima. En el caso de un dirigible, el peso impide que la nave se quede suspendida en el aire; es propulsado desde atrás por una hélice y la guiñada se controla mediante un timón cerca de la hélice.
Kites
Para visualizar cómo funciona una cometa, piense en un ala gigante. Desafortunadamente, su diseño hace que sea muy difícil controlarlos si no hay suficiente flujo de aire alrededor de la nave. Se utilizan cuerdas estabilizadoras para influir en la dirección que toma el ala, y la cometa depende del viento para impulsarse. Debido a esto, tiene que construirse con materiales lo suficientemente livianos para que pueda permanecer en vuelo, pero con un diseño lo suficientemente fuerte como para que no se rompa bajo la fuerza del viento. La cola de la cometa se utiliza para arrastrar y sin ella la cometa no funcionaría correctamente; no podría generar sustentación.
Globos aerostáticos
Los globos aerostáticos fueron una de las primeras máquinas voladoras inventadas y, en muchos sentidos, son las aeronaves más primitivas que todavía utilizamos, aparte de la cometa. El globo se utiliza para retener el aire caliente y evitar que se escape. Obtiene su forma reteniendo eficazmente el aire circulante en el interior. Cuando el aire caliente llega a la parte superior del globo, se enfría. Esto hace que el aire vuelva a caer al fondo del globo, donde la fuente de calor lo calienta nuevamente. El aire caliente sube y la única forma de hacer que el globo vuelva a bajar es cerrar la fuente de calor o permitir que el aire caliente escape del globo. No se recomienda el primer método. Se utilizan trampillas controlables para dejar salir el aire caliente. Desafortunadamente, no hay forma de dirigir el globo, lo que significa que un clima tranquilo y fresco ofrece las mejores condiciones de vuelo.
Ciencia general de aeronaves