Introducción

La Mecánica de Fluidos

Analiza y efectúa  estudios en cuanto a  las leyes del movimiento de  fluidos, establecidas en su relación con la  materia sólida. Así mismo es la rama de la  física, “que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento”1. De igual manera la aplicación de esta parte de la física se ve en diversas situaciones, desde  el análisis de la flotabilidad en barcos  para comprender la ciencia en su estructura, como también  la resistencia al avance de sólidos en gases, la hidráulica,  hasta estudio especializados en  el flujo de agua confinado  ya sea en tubería o en canales abiertos como los ríos. En este blog se enfocara en un caso específico, en el cual la mecánica de fluidos y el principio de la continuidad propuesto por Bernoulli , son los que hacen posible el movimiento de los gases y logran el desarrollo de la aerodinámica, con la cual explicaremos como las aves y los aviones llevan a cabo una “sencilla” pero perfecta acción conocida como el vuelo. 

Principio de Pascal

Principio de pascal

La presión que se ejerce o se aplica  sobre la superficie de un fluido contenido en un recipiente se transmite a cada una de las partes de este con la misma intensidad. Por ejemplo, si la presión del agua potable aumenta 10 unidades de presión en una estación de bombeo, la presión de todos los tubos conectados  del sistema aumentara 10 unidades. Es decir siempre que se produzca un cambio de presión en una parte del fluido se transmitirá con el mismo valor a las demás.

Que es presión

Normalmente cuando encontramos un líquido confinado en un recipiente este ejerce fuerzas contra las paredes. Para establecer una relación entre el líquido y las paredes, puesto que un líquido toma la forma de recipiente que lo contiene es necesario introducir a nuestras mentes el concepto de presión. Esta se obtiene dividiendo la fuerza entre el área sobre la cual actúa.

Principio de Arquímedes

Principio de Arquímedes:

El principio de Arquímedes consiste en la relación que existe entre la fuerza de flotabilidad y el líquido desplazado y dice lo siguiente; “Un cuerpo sumergido sufre un empuje hacia arriba por una fuerza igual al peso del fluido que desplaza”.

Este principio se aplica y es válido para líquidos y gases, ya que se considera que ambos son fluidos. 

Principio de Bernoulli

Principio de Bernoulli

Es importante afirmar que este principio es valido para los líquidos como para los gases. Así mismo se establece que cuando se incrementa la rapidez de un fluido, disminuye la presión interna en este. Debido a que el flujo es continuo, el agua aumenta su rapidez cuando pasa por la parte angosta o profunda del arroyo.

Este principio básicamente se basa en la conversión de la energía, La energía de un fluido en cualquier momento ya sea, liquido o gas, consta de tres componentes; la energía cinética, debido al movimiento, el trabajo que se asocial a las fuerzas de presión y la energía gravitacional debida a la elevación.

Donde:

V = velocidad del fluido en la sección considerada

g = aceleración gravitatoria

z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia

P = presión a lo largo de la línea de corriente

ρ = densidad del fluido

¿Cómo vuelan las aves?

¿Cómo vuelan las aves?

La mecánica dentro de la aerodinámica acobija  cuatro fuerzas que se aplican sobre el ave. Estas fuerzas son denominadas como  empuje, peso, roce y  levante. Bueno también es necesario aclarar que las alas, no son planas sino curvas, debido a su forma es posible que haya una menor resistencia al ambiente aéreo presente en el momento de volar, asi pues mientras el aire pasa por el las extremidades del ave se produce una diferencia de velocidades en ambas partes del ala, tanto superior como inferior. En este momento la corriente de aire de la parte superior es más veloz y recorre más distancia, sin embargo el aire en la parte inferior corre más lento y queda atrapado por la curvatura del ala( cóncava), así se produce una fuerza ascendente que es bastante fuerte como para elevar al animal, para poder  vencer la fuerza gravitacional.

EL ALULA

El álula es un conjunto  plumas únicas y especiales , localizadas  en el borde delantero del ala el cual choca con el viento al momento de aterrizar, aquel grupo de alas les permite a las aves volar a muy bajas velocidades sin caer abruptamente.

“Estas plumas se insertan en la punta del ala sobre el primer dedo, llamado pulgar, este dedo es el equivalente a las partes esqueléticas y los músculos del pulgar humano. El número de plumas álula insertadas al dedo pulgar varía según la especie”.
http://www.surmagico.cl/alulas.htm

 Al momento de aterrizar o despegar se generan cierto tipo de  turbulencias sobre la parte superior del ala debido a los cambios de presión que se generan al momento de volar, como se puede comprender en la siguiente imagen:

Los cambios de posición de las álulas se deben más a la fuerza del viento que a movimientos voluntarios provocados por el ave.

“Gracias al efecto combinado de los nuevos materiales y del uso de la informática, el avión del futuro imitará cada vez más el vuelo de las aves. Utilizará alas aéreo elásticas que se tensarán como los músculos y se juntarán en vuelo, al mismo tiempo que su ancho y longitud podrán variar hasta un 50%, toda una revolución en la ingeniería aeroespacial”.
http://bisserver.be/online/spaans/sp07/sp07_047_0v02/html/preguntas/aves.html

Clases de Alas

“La presión ejercida hacia abajo por el rápido movimiento del aire (flechas rojas) es menor a la presión ejercida hacia arriba por el lento movimiento del aire (flechas verdes)”
http://www.flowsol.co.uk/index.php

 Para que exista un movimiento del aire a través de las alas es fundamental un tipo de acción motora en el ala, este trabajo es llamado “empuje”, este se origina del movimiento creado por los músculos pectorales del ave que resulta como el movimiento de las alas.

 Una fácil analogía al movimiento proporcionado por estos animales para emprender vuelo y ascender es  uno similar al de nado. Por otra parte las maquinas aerodinámicas creadas por el hombre, no poseen alas para agitar, pero si  motores que  empujan las pesadas obras metálicas en el aire y crean la elevación necesaria para generar el vuelo.

 EL ALA

Son aquellas Extremidades anteriores, las alas cierto tipo de animales: insectos, aves, quirópteros. Esta extremidad es la del vuelo. Cada ala tiene una aleta central para golpear el viento, compuesta por tres huesos de las extremidades, el húmero, cúbito y el radio. En el caso de las aves.

Tipos de alas:

Alas elípticas:

“Alas elípticas son cortas y redondeadas, con una relación de aspecto baja, lo que permite realizar maniobras muy cerradas en espacios reducidos, como podría encontrarse en la vegetación densa. Como tales, son comunes en las aves rapaces forestales, y muchos paseriformes, en particular las no migratorias.”
http://piojo69.tripod.com/vuelo.htm

Alas de alta velocidad:

“Alas de alta velocidad son alas cortas y puntiagudas que cuando se combina con una pesada carga alar y aleteos rápidos proporcionan una alta velocidad energéticamente costoso. Este tipo de vuelo se utiliza por el ave con la mayor velocidad del ala, el halcón peregrino, así como por la mayoría de los patos.”

Alas de relación de aspecto:

“Por lo general tienen una baja carga alar y son mucho más largas que anchas, se utilizan para el vuelo lento, casi flotando o alternativamente por las aves que se especializan en alza vuelo y vuelo sin motor, especialmente el utilizado por las aves marinas, planeo dinámico, que utilizar diferentes velocidades del viento a diferentes alturas por encima de las olas en el océano para proporcionar la elevación. Baja velocidad de vuelo es importante para las aves que se zambullen de buceo para los peces.”

Alza las alas con ranuras profundas:

“Estas son las bandas preferidas por las grandes especies de aves continentales, como águilas, buitres, pelícanos y cigüeñas. Las ranuras en el extremo de las alas, entre las primarias, reducir la resistencia inducida y vórtices del extremo del ala por "capturar" la energía en el aire que fluye desde la parte inferior a la superficie superior del ala en las puntas, mientras que el tamaño de la más corta de las ayudas alas en el despegue.”

http://centrodeartigos.com/articulos-informativos/article_73742.html

la aerodinámica tras el vuelo de los aviones

Los Aviones vuelan por 3 factores:

1.- Sustentación.

2.- Propulsión.

3.- Aerodinamicidad.

1. Sustentación: 

La Sustentación se logra por medio de la posición del ala, es decir cuando un avión despega, el ala lleva una inclinación hacia arriba por lo tanto el avión es impulsado hacia arriba, al contrario que cuando un avión va descendiendo la inclinación del ala es ligeramente hacia abajo, por lo tanto el avión es impulsado en ese sentido, para decender o aterrizar. 

2. Propulsión: 

La Propulsión la generan las turbinas o las hélices en caso de los Monomotores o Bimotores. Esto le permite a la nave adquirir las suficientes velocidades necesarias para el vuelo.

3. Aerodinamicidad: 

La Aerodinamicidad la otorga el diseño de la aeronave.

Ejemplo: Al ir en un auto a altas velocidades en un auto, saquen la mano en posición horizontal, después  inclinen la mano hacia arriba, podrán ver que el viento empujará su mano hacia arriba, también inclinen la mano hacia abajo y sentirán como esta baja.