Un viaje entre las nubes

Un viaje entre las nubes

Por: Marco Hernández En colaboración con Luis Miguel Herrera

Imagen via flickr by OZinOH

En este espacio hemos tocado temas muy diversos, un poco de transbordadores espaciales, obras de arte, diseño de interacción, visualización de información… etc. En esta ocasión llega desde la mente de fanático de los objetos voladores una idea de algo común pero con una gran mística en su fondo.

Pensemos por un momento… que secreto hay detrás del diseño de un artefacto que desafíe la lógica natural; una creación del hombre capaz de llevarnos a un paseo en lo más alto de las nubes, una masa de metal con la capacidad de elevarse y danzar un ballet entre las nubes mientras lidia con una gran carga a cuestas. Sí, hurguemos en el saco de los misterios en torno a que mantiene a estas creaciones de hasta 600 toneladas sobre nuestras cabezas sin precipitarse.

Fuerzas básicas del vuelo.
Imagen Marco Hernández.

Las fuerzas del vuelo

Apartemos un poco los tecnicismos y vamos al grano: arriba, usted acaba de ver el diagrama de las fuerzas del vuelo, es evidente que debe existir un equilibrio entre las fuerzas, y aquí es donde empieza la parte que nos concierne: El diseño de las alas hace posible el equilibrio entre las fuerzas: usa una estructura con poco arrastre y que genera gran sustentación.

Bien, a hasta acá todo viene como siempre nos han contado: el diseño del ala hace que el aire circule a mayor velocidad por abajo que por arriba del ala, esto porque tiene una superficie más amplia para recorrer en la parte superior que en la inferior, de esta forma la presión del aire cambia y hace posible la sustentación:

El diseño de las alas de un avión.
Imagen Marco Hernández.

Ese efecto se le atribuye al efecto Venturi pero acá nos topamos con una cuestión que no calza, y si el avión vuela "de cabeza", si el diseño esta adoptado para que el principio eleve al artefacto al voltearlo la fuerza que genera los llevaría al suelo... 

Entonces podemos decir que el diseño funciona pero no es de la forma en que creemos, el mejor ejemplo que podemos encontrar es el caso del avioncito de papel, si vemos en detalle las alas de una avión de papel estas son prácticamente planas, no hay mayor diferencia entre la parte superior y la inferior, pero, sorpresa! resulta que si pueden volar.

Diseño simple y eficaz.
Imagen Marco Hernández.

Vamos entonces a otra teoría de un viejo conocido, Newton plateaba algo que nos podría servir, en resumen se aplica pensando que se debe a la angulación del ala, el aire que rebota en la parte inferior del ala provoca sustento, y por ende, elevación.

Principio de empuje y sustentación.
Imagen Marco Hernández.

Pero nos volvemos a topar con una piedra en el camino, el aire está presente también en la parte superior del ala, y rebota de igual forma en la parte superior. No es suficiente que el diseño del ala tenga una forma adecuada, además su posición frente a la corriente de aire es importante, esto se denomina como "ángulo de ataque", un detalle que acompaña el diseño de esta pieza que permite realizar el vuelo.

El ángulo de ataque.
Imagen Marco Hernández.

La importancia de esto radica en que aún con el diseño del ala en una posición invertida, este ángulo mantiene la suficiente sustentación para mantener el vuelo, evidente mente el piloto debe ajustar ese ángulo para que sea efectivo y continúe desplazando el aire hacia abajo.

“Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.”

Isaac Newton 

La acción seria que el ala provoca un desplazamiento de miles de toneladas de aire cada segundo hacia abajo, así que de igual manera la acción igual y opuesta es el empuje en dirección opuesta: sustentación.

Vórtices

Solo la mención de la palabra causa ya una idea algo incomoda, sugiere que algo va a ser succionado y definitivamente si está en el aire va a colapsar, precisamente por esto es que resultan interesantes así que veamos un poco de estos fenómenos. Sobre el ala la presión del aire suele ser más baja que en la parte inferior, por esto, en la punta del ala el aire puede moverse libremente desplazándose del área baja de presión a la de mayor presión generando un sector de alta turbulencia: los vórtices.
Para el caso de los aviones caer en un ángulo de ataque crítico o en un vórtice puede resultar en un efecto fatalista, no obstante algunos insectos y aves como el colibrí utilizan sus alas para crear vórtices y mantenerse en un vuelo estacionario a voluntad, claro que eso requiere un gran consumo de energía.

El vórtice de un colibrí, basado en el esquema del vuelo del ave.
Infografía Marco Hernández.

Acá nuevamente el diseño tiene un papel importante, a través de los winglets que no son más que la modificación del termino de las alas se logra reducir este efecto, evidentemente funciona para los dispositivos de alas fijas y nos aseguran un vuelo más estable.

Esquema del vórtice en un ala.
Infografía Marco Hernández.