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El propósito de esta nueva sección es brindar a nuestro público joven las nociones básicas de esta rama de la física, que trata del movimiento del aire alrededor de los cuerpos y las fuerzas que sobre ellos produce. ¿Qué es la resistencia aerodinámica? ¿Qué es un perfil de ala? ¿Por qué vuela un avión? ¿Qué es la sustentación? ¿Qué es la capa límite? Estos son algunos de los interrogantes que trataremos de develar aquí. Esperamos que resulten de interés, que sean claros los textos y que nos hagan llegar sus dudas.

Todos los seres vivientes tenemos algo en común: estamos inmersos en un fluido. Humanos y aves nos movemos dentro de la atmósfera y los peces dentro del agua, sin embargo los fenómenos que nos afectan son comunes. La atmósfera -el medio que nos interesa- es un océano de aire que rodea a la Tierra y en cuyo fondo vivimos, y se extiende desde la superficie de nuestro planeta hasta una altura de cientos de kilómetros. Este aire es un gas -en realidad, es una mezcla de gases (nitrógeno, oxígeno, anhídrido carbónico, etc.) y como todos los gases y líquidos está sujeto a las leyes que gobiernan a los fluidos. Se los denomina así porque pueden fluir, es decir, escurrirse alrededor de los cuerpos y tomar su forma.

A pesar de que pasamos nuestras vidas inmersos en ese océano de aire, en pocas oportunidades tomamos conciencia de la resistencia al avance que nos ofrece cuando intentamos movernos. Por ejemplo, cuando conducimos una bicicleta contra un viento moderado o fuerte debemos sacar provecho de nuestros músculos para contrarrestar esa resistencia adicional, que es en realidad una fuerza que se opone a nuestro movimiento. Esta fuerza es lo que en aerodinámica se conoce como resistencia al avance, o arrastre como suelen designarla algunos autores.

figura 1

Para estudiar estos fenómenos es indistinto si se considera al objeto moviéndose dentro del fluido en reposo (por ejemplo, cuando se ensaya en vuelo a un avión), o viceversa, si el objeto se encuentra en reposo y el que se mueve es el fluido (esta es la técnica que se utiliza en los túneles de viento). Las dos circunstancias son equivalentes. Los túneles de viento constituyen una valiosa herramienta para los aerodinamicistas, ya que valiéndose de maquetas pueden estudiar una variedad de situaciones antes de construir el avión real. Más adelante veremos los distintos tipos de túneles y como funcionan.

 

figura 2

Ahora bien, la resistencia aerodinámica tiene dos componentes: una se debe a la forma del cuerpo y la otra a la viscosidad del aire. ¿Pero, el aire tiene viscosidad? ¡Sí, aunque cueste percibirla! Forma y viscosidad predominan según el régimen de trabajo, es decir, de acuerdo con la velocidad del aire que enfrenta al objeto y con el tamaño de éste. Generalizando, podemos decir que cuando las velocidades son bajas son más importantes los efectos de la viscosidad, mientras que conforme se incrementa la velocidad comienza a tener preponderancia la forma del cuerpo. Por eso es importante en aviación la aerodinamización de los componentes de las aeronaves, es decir, lograr conseguir que se formen la menor cantidad de remolinos detrás del cuerpo, que son los que ponen de manifiesto la existencia de resistencia aerodinámica. Un objeto grande con forma fuselada o carenada puede generar una resistencia al avance mucho menor que otro más pequeño de forma simple. El dibujo es elocuente al respecto y muestra en números relativos la resistencia aerodinámica de algunos cuerpos simples.

 

figura 3


Evidentemente, la forma y las dimensiones del objeto tienen gran influencia sobre la resistencia. Cuando el objeto enfrenta a una corriente de aire, las partículas son desviadas, se desprenden del cuerpo y producen turbulencia. El estado de la superficie del cuerpo es el otro factor que contribuye a la resistencia aerodinámica, ya que la rugosidad aumenta la fricción. Por eso en el diseño de los componentes exteriores de una aeronave se busca darles el contorno adecuado con el fin de evitar cualquier formación de remolinos, que son el resultado del desprendimiento de los filetes de aire. Para lograr la mínima resistencia se debe estudiar detalladamente cada componente e incluso el lugar en donde va instalado, ya que pueden existir fenómenos de interferencia indeseables.
En nuestra próxima entrega comenzaremos a ver los factores que influyen en la resistencia de forma para luego pasar a la de fricción, situación que nos abrirá las puertas a la comprensión de uno de los fenómenos más importantes de la aerodinámica: la capa límite
.

 

figura 4

 

 

La estela vorticosa que se forma detrás de los objetos es representativa de la resistencia al paso de un fluido. Los números del gráfico central son coeficientes de arrastre para cuerpos con distinta forma. La siguiente muestra la importancia de la aerodinamización; el alambre y el perfil, pese al diferente tamaño, tienen igual resistencia al avance.

 

figura 5

Por Archytas (Jorge Dipaolo)

 

 

 

 

 

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