AERODINÁMICA

¿Explica bajo qué principio de la aerodinámica se diseñan los perfiles de alas de avión para obtener una fuerza resultante que permita elevar a un avión explicando que es la fuerza de arrastre y la fuerza de sustentabilidad?

La aerodinámica como parte de la mecánica de fluidos que estudia los gases en movimiento y las fuerzas o reacciones a las que están sometidos los cuerpos que se hallan dentro de ellos. Mediante la transformación de la energía cinética del viento dividiéndose en dos componentes una la fuerza ascensional o de sustentación que se manifiesta en dirección perpendicular a la dirección del viento, y una fuerza resistente o de arrastre, que está alineada con la dirección del viento y es perpendicular a la anterior.

De la observación de dichos fenómenos se tiene que el comportamiento de fluidos en relación con los cuerpos diseñados aprioris para navegar inmersos en ellos, obedecen principalmente a tres principios de la física, mismos que a continuación se describen:

Teorema de Bernoulli.

Daniel Bernoulli comprobó experimentalmente que "la presión interna de un fluido (líquido o gas) decrece en la medida que la velocidad del fluido se incrementa", o dicho de otra forma "en un fluido en movimiento, la suma de la presión y la velocidad en un punto cualquiera permanece constante", es decir que p + v = k.

Para que se mantenga esta constante k, si una partícula aumenta su velocidad v será a costa de disminuir su presión p, y a la inversa.

Enfocando este teorema desde otro punto de vista, se puede afirmar que en un fluido en movimiento la suma de la presión estática pe (la p del párrafo anterior) más la presión dinámica pd, denominada presión total pt es constante: pt=pe+pd=k; de donde se infiere que si la presión dinámica (velocidad del fluido) se incrementa, la presión estática disminuye.

Resumiendo, si las partículas de aire aumentan su velocidad será a costa de disminuir su presión y a la inversa, o lo que es lo mismo: para cualquier parcela de aire, alta velocidad implica baja presión y baja velocidad supone alta presión.

Por otro lado el científico Giovanni Battista Venturi, comprobó experimentalmente que al pasar por un estrechamiento las partículas de un fluido aumentan su velocidad; a lo que se le llama efecto Venturi.

La tercera Ley del movimiento de Newton establece que para cada fuerza de acción hay una fuerza de reacción igual en intensidad pero de sentido contrario; es decir,

Cuando un aparato dotado de perfiles aerodinámicos (alas o alabes) se mueve en el aire (dotado de presión atmosférica y velocidad), a una cierta velocidad y con determinada colocación hacia arriba (ángulo de ataque), de acuerdo

...