Una lámina es un objeto sólido con una forma tal que cuando se coloca en un fluido en movimiento con un ángulo de ataque adecuado , la sustentación (fuerza generada perpendicular al flujo del fluido) es sustancialmente mayor que el arrastre (fuerza generada paralelamente al flujo del fluido). Si el fluido es un gas , la lámina se llama perfil aerodinámico o perfil aerodinámico, y si el fluido es agua, la lámina se llama hidroala .
Física de láminas
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/b/b3/Streamlines_around_a_NACA_0012.svg/302px-Streamlines_around_a_NACA_0012.svg.png)
Una lámina genera sustentación principalmente debido a su forma y ángulo de ataque . Cuando se orienta en un ángulo adecuado, la hoja desvía el fluido que se aproxima, dando como resultado una fuerza sobre la hoja en la dirección opuesta a la desviación. Esta fuerza se puede descomponer en dos componentes: levantar y arrastrar . Este "giro" del fluido en la vecindad de la hoja crea líneas de corriente curvas que dan como resultado una presión más baja en un lado y una presión más alta en el otro. Esta diferencia de presión va acompañada de una diferencia de velocidad, a través del principio de Bernoulli , por lo que para las láminas con ángulos de ataque positivos y otras que no sean placas planas, el campo de flujo resultante alrededor de la lámina tiene una velocidad promedio más alta en la superficie superior que en la inferior. superficie. [1] [2] [3] [4]
Una descripción más detallada del campo de flujo viene dada por las ecuaciones simplificadas de Navier-Stokes , aplicables cuando el fluido es incompresible . Sin embargo, dado que los efectos de la compresibilidad del aire a bajas velocidades son insignificantes, estas ecuaciones simplificadas se pueden usar tanto para perfiles aerodinámicos como para hidroalas siempre que el flujo de fluido sea sustancialmente menor que la velocidad del sonido (hasta aproximadamente Mach 0,3). [5] [6]
Consideraciones básicas de diseño
El caso degenerado de una lámina es una simple placa plana. Cuando se coloca en un ángulo (el ángulo de ataque ) con respecto al flujo, la placa desviará el fluido que pasa por encima y por debajo de ella, y esta desviación dará como resultado una fuerza de elevación sobre la placa. Sin embargo, aunque genera sustentación, también genera una gran cantidad de resistencia. [7]
Dado que incluso una simple placa plana puede generar elevación, un factor importante en el diseño de la lámina es la minimización del arrastre. Un ejemplo de esto es el timón de un barco o avión. Al diseñar un timón, un factor de diseño clave es la minimización de la resistencia en su posición neutral, que se equilibra con la necesidad de producir suficiente sustentación con la que girar la embarcación a una velocidad razonable. [8]
Otros tipos de láminas, tanto natural como artificial, vistos tanto en aire y agua, tienen características que retraso o controlar la aparición de la resistencia inducida , la separación del flujo , y la parada (ver vuelo Bird , Fin , Airfoil , escala Placoide , Tubérculo , generador de vórtice , Canard (acoplamiento cerrado), solapa soplado , Leading ranura borde , slats ), así como vórtices Wingtip (véase Winglet ).
Peso levantado
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![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/e/e0/Lifted_Weight_as_a_Function_of_Altitude_and_Depth_2.svg/220px-Lifted_Weight_as_a_Function_of_Altitude_and_Depth_2.svg.png)
El peso levantado es proporcional al coeficiente de sustentación, la densidad del fluido, el área del ala y la velocidad real por cuadrado. Una comparación del peso levantado en función de la altitud y la profundidad revela grandes diferencias en un factor de aproximadamente 3000 en total desde 11 km sobre el nivel del mar hasta 10 km por debajo del nivel del mar, dividido en factores de: ~ 4 entre la cumbre y el nivel del mar , ~ 400 entre volar cerca del suelo y planear sobre el agua, ~ 2 entre planear sobre el agua y en un estado completamente sumergido. Los cambios más dramáticos se deben a diferentes fluidos y niveles de altitud. El sector más interesante para discutir la elevación es el cercano al nivel del mar: aviones que se acercan al suelo, placas que planean sobre el agua e hidroalas apenas sumergidas en el agua. Existe una similitud básica entre ellos: casi cualquier forma, siempre que no sea demasiado gruesa, funcionará como una lámina (de aire) y producirá elevación cuando el ángulo de ataque esté en el rango correcto. [9]
Ver también
- Aeronave
- Bilgeboard
- Bumerang
- Tablero central
- Acorde (avión)
- Efecto Coanda
- Avión de buceo
- Coeficiente de arrastre
- Flipper (anatomía)
- Dinámica de fluidos
- Coche de fórmula uno
- Quilla (hidrodinámica)
- Coeficiente de sustentación
- Perfil aerodinámico NACA
- Hélice
- Vela (aerodinámica)
- Skeg
- Spoiler (automotriz)
- Aleta de tabla de surf
- Ala
Referencias
- ^ "... el efecto del ala es darle a la corriente de aire una componente de velocidad descendente. La fuerza de reacción de la masa de aire desviada debe actuar entonces sobre el ala para darle una componente ascendente igual y opuesta". En: Halliday, David; Resnick, Robert, Fundamentos de la física 3ª edición , John Wiley & Sons, pág. 378
- ^ "Si el cuerpo se forma, se mueve o se inclina de tal manera que se produce una desviación neta o un giro del flujo, la velocidad local cambia en magnitud, dirección o ambas. Cambiar la velocidad crea una fuerza neta en el cuerpo" "Levantar desde el flujo de giro" . Centro de Investigación Glenn de la NASA. Archivado desde el original el 5 de julio de 2011 . Consultado el 29 de junio de 2011 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- ^ "La causa de la fuerza de elevación aerodinámica es la aceleración hacia abajo del aire por el perfil aerodinámico ..." Weltner, Klaus; Ingelman-Sundberg, Martin, Physics of Flight - revisado , archivado desde el original el 19 de julio de 2011 CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- ^ " ... si una línea de corriente es curva, debe haber un gradiente de presión a través de la línea de corriente ... " Babinsky, Holger (noviembre de 2003), "¿Cómo funcionan las alas?" (PDF) , Educación física , 38 (6): 497–503, doi : 10.1088 / 0031-9120 / 38/6/001
- ^ "... el movimiento de los objetos en el aire y en el agua obedece a leyes idénticas hasta que su velocidad se aproxima a la velocidad del sonido". (página 41) "... el aire también puede considerarse incompresible siempre que las velocidades de flujo permanezcan razonablemente bajas . Esta suposición es más o menos válida siempre que los aviones vuelen más lento que ... aproximadamente un tercio de la velocidad del sonido ". (Página 61) ¿Qué hace que los aviones vuelen? Wegener, Peter P. Springer-Verlag 1991 ISBN 0-387-97513-6
- ^ "... el flujo de aire a baja velocidad, donde V <100 m / s (o V <225 mi / hr) también se puede suponer que es incompresible en una aproximación cercana". en Anderson, John D. Jr. Introducción al vuelo 4a ed. McGraw-Hill 2000 ISBN 0-07-109282-X pág. 114
- ^ "Una placa plana mantenida en el ángulo de ataque adecuado genera sustentación, pero también genera mucha resistencia. Sir George Cayley y Otto Lilienthal durante el siglo XIX demostraron que las superficies curvas generan más sustentación y menos resistencia que las superficies planas". http://quest.nasa.gov/aero/planetary/atmospheric/aerodynamiclift.html Archivado el 27 de octubre de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ NASA. "¿Qué es el ascensor?" . Archivado desde el original el 9 de marzo de 2009 . Consultado el 5 de julio de 2011 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- ^ "Peso_ levantado_como_una_función_de_altitud_y_profundidad_por_Rolf_Steinegger" https://doi.org/10.21256/zhaw-4058
enlaces externos
- Levantar desde el flujo de giro
- ¿Qué es Lift?
- Bernoulli y Newton
- Efecto de la forma en el levantamiento
- Teoría de elevación incorrecta
- El pingüino puede volar
- Filipinas tiburón zorro nadar hacia los buceadores
- Nadar con delfines salvajes
- Vuelo de pájaro II