- Lun, 16 Abr 2007 18:17
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tomado de DISCOVER MAGAZINE EN ESPAÑOL MAYO 2001
¿Por que los aviones vuelan?¡Una teoria que pierde altura!
Una antigua teoria sobre el vuelo de los aviones pierde altura.
¿por que nos elevamos?
El año pasado fue el tricentenario del nacimiento del matematico suizo Daniel Bernoulli ( 2000 ), y yo lo celebre faltando a su memoria. No es que lo haya insultado. Simplemente no lo mencione cuando pude hacerlo, en dos articulos para esta revista (DISCOVER MAGAZINE EN ESPAÑOL ).
Nacido en 1700, bernoulli nunca tuvo mucho que decir sobre los aviones mientras estuvo vivo. Y sin embargo, en al actualidad se le da credito por mantener cada uno de ellos en el aire. En un articulo sobre el vuelo de los insectos en abril pasado, afirme casi en forma espontanea que las alas de los aviones desvian el aire hacia abajo, y que "esta fuerza descendente del aire reduce la presion del aire sobre la ala, elevandola...". La reaccion de los lectores fue intensa. "Los aviones no se elevan `desviando el aire hacia abajo´, decia un e-mail, titulado `Basta de seudo-ciencia!!!´". "Esto es ciencia de tercer grado. Tal vez sus escritores y editores necesiten otro curso de ciencia". Otro lector escribio: "Sus escritores de`ciencia popular´ han vuelto a hacer de las suyas: Robert Kunzig habla sin estar enterado y sin saber lo que esta diciendo ¿Cuanto les pagan a estos escritores?¿demasiado o no lo suficiente?"
Ahora que los animos han tenido tiempo de apaciguarse, tengo dos respuestas. Primero yo tengo razon y ustedes estan equivocados. Segundo, soy simplemente un humilde portavoz de los verdaderos herejes- a quienes debi mencionar -, pero este momento es mas apropiado por que acaban de publicar un libro. Sus nombres son David Anderson y Scott Eberhardt, y el libro se llama Understanding flight ("Comprendiendo el vuelo", McGraw-Hill). La frase inicial lo compendia todo: "Olvidemos el teorema de Bernoulli".
La cuestion de como vuela un avion podria parecer ciencia de tercer grado, pero los ingenieros aeronauticos no se ponen de acuerdo. Scott Ebenhardt es profesor de aeronautica en la Universidad de Washinton, en seattle, donde dicta un curso introductorio. En un curso tipico de aeronautica, dice, los alumnos estudian complejas ecuaciones, pero nunca se les da una comprension intuitiva de lo que hace que un avion se eleve."La mayoria de los estudiantes no lo saben por que no lo hemos enseñado", dice Ebenhardt. "Pueden explicarlo matematicamente, pero eso no es comprender".
David Anderson, un fisico de Ferminlab, tuvo precisamente esa experiencia cuando estudio fisica en la Universidad de Washinton, decadas atras antes de la llegada de Ebenhardt. "Cuando termine, tenia una buena comprension intuitiva de la fisica", dice. "Pero no comprendia como volaba un ala. Habia resuelto todos los problemas, sacado buenas notas en todos los examenes, pero tenia la sensacion de que me estaban dando gato por liebre".
No es justo culpar a Bernoulli, que murio antes del primer vuelo guiado en un globo aerostatico. Pero, en algun momento del siglo XX, su famoso y certero principio se aplico erradamente en la explicacion del vuelo aerodinamico. La explicacion es la siguiente: el aire circula mas rapidamente sobre la superficie superior del ala que debajo de ella. El principio de Bernoulli dice que cuando cualquier fluido se mueve mas de prisa- por ejemplo, al pasar por el conducto angosto de una pipa- la presion estatica en el decrece. Consecuentemente, segun la logica de Bernoulli, el aire encima del ala debe tener menor presion que abajo. Eso eleva el ala.
Pero ¿por que el aire de arriba fluye mas rapido? Es ahi, dicen Anderson y Ebenhardt, donde la explicacion popular encuentra obstaculos, Muchas persona se han dicho: si el aire fluye sobre la superficie curva superior del ala a mayor velocidad que el aire que se mueve por debajo, arriba tiene que moverse mas velozmente para llegar al borde de salida al mismo tiempo. El problema es que no hay razon por la cual el aire de arriba debe llegar atras al mismo tiempo que el de abajo. De hecho, no lo hace. En algun momento, alguien (esperemos que no haya sido un periodista cientifico) invento el "principio de las lineas iguales de transito". El aire en la parte superior realmente llega al borde del escape antes que el aire de la parte inferior, debido a que realmente se mueve a mayor velocidad. Pero nadie puede explicar por que.
Entonces, ¿por que un avion se mantiene en el aire? La interogante persiguio a Anderson mientras desarrollaba su carrera en diferentes laboratorios de fisica. En especial cuando estuvo en Los Alamos, al Norte de Nuevo Mexico, y comenzo a pilotear un Cessna 182. Mucho despues, en Fermilab, Anderson formo parte de un comite encargado de invitar a expertos a dar conferencias. Un dia decidio encontrar uno que pudiera explicar el vuelo de los aviones. Llamo a su universidad y lo comunicaron con Ebenhardt."Comenzamos a conversar y yo trataba de calibrarlo", recuerda Anderson. "Porque si me hablaba de Bernoulli yo no estaba dispuesto a perder mi tiempo. Le pregunte:`¿Que hace que un ala vuele?´ Y me contesto: `La elevacion es una fuerza de reaccion. El ala empuja el aire hacia abajo, y el aire empuja el ala hacia arriba´, y yo dije `Eso es´".
Y asi comenzo una duradera colaboracion que culmino en el libro. Ebenhardt subraya que no hay nueva fisica en el libro. Para compreder el vuelo, solo son necesarias las tres leyes de newton y el llamado efecto Coanda, que es simplemente la tendencia del aire o cualquier fluido viscoso a pegarse a la superficie por encima de la que esta circulando, y de esa manera adaptarse a esa superficie a medida que se pliega. A medida que el aire sigue la superficie superior de un ala, se pliega hacia abajo debido a que la superficie es curva, pero tambien porque el borde esta inclinado hacia arriba (especialmente durante el ascenso) en lo que se llama angulo de ataque. El aire que baja empuja el aire de arriba, distendiendolo y creando una zona de baja presion.
Para dirigir el aire hacia abajo, el ala tiene que ejercer una fuerza sobre el (esa es la primera ley de Newton). La accion causa una reaccion igual y opuesta (tercera ley de Newton). Por medio de la zona de baja presion encima del ala, y de la presion mas alta debajo, el aire aplica una fuerza ascendente sobre el ala: ese es el ascenso. La cantidad de fuerza es igual a la masa de aire que el ala a desviado hacia abajo, multiplicada por la aceleracion de ese aire (segunda ley de Newton). Un piloto puede aumentar la elevacion volando mas rapido (añadiendo poder) o aumentando el angulo de ataque (tirando de la manija); en cualquiera de los casos, el ala desvia mas aire hacia abajo y atras del avion.
Las alas de un avion de 250 toneladas, calcula Anderson, impulsan unas 250 toneladas de aire por segundo. "Ese es el problema con Bernoulli", dice. "No tiene logica que un ala pueda cortar el aire como un cuchillo, deje una huella momentanea en el aire, y mantenga suspendido un avion de 250 toneladas. Ese avion se mantiene suspendido por fuerza bruta".
Los diseñadores de aviones utilizan el principio de Bernoulli en sus complejos calculos de circulacion de aire. Y usted tambien los puede utilizar, si desea, para comprender un ascenso. Pero piense en esto: El borde mayor de un ala es una obstrucccion, como el caño de una pipa. Presiona el aire que fluye a su alrededor, y lo presiona mas donde la linea es mas curva: en la parte superior del ala. Obedeciendo a Bernoulli, la circulacion se acelera, la presion baja, y el avion se eleva.
No es necesario acalorarse. Pero hasta donde se, Anderson y Ebenhardt han pasado una prueba crucial: son mucho mas faciles de comprender que Bernoulli.
Del mismo modo que el ala de un avion permite elevarse tomando el aire que pasa encima del avion y empujandolo hacia abajo, una propela genera un impulso horizontal tomando el aire delante del avion e impulsandolo hacia atras.
Las fuerzas que actuan sobre las alas de un avion son elementales. Segun el principio conocido como el efecto Coanda, el aire que fluye por encima de las alas se adhiere ligeramente a la superficie y es empujado hacia abajo. Esto produce una zona de baja presion encima y una zona de alta presion debajo, la cual empuja el ala hacia arriba. Mientras mayor es el "angulo de ataque", mas poderosa es la subida.
tomado de DISCOVER MAGAZINE EN ESPAÑOL MAYO 2001.
