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sábado, 23 de noviembre de 2013

El misterio de los vórtices infinitos o cómo empiezan a volar los aviones

En la primera entrada del blog  hablé de la masa del aire, de su inercia y de cómo se mueve dependiendo de la presión. Utilizando esto a nuestro favor empujamos el aire para abajo y nosotros vamos para arriba. La idea es muy sencilla. Pero si queremos entender bien cómo se empuja al aire hacia abajo necesitamos ir al comienzo de todo, cuando los dinosaurios aprendieron a volar y todo comenzó cuando las cosas empezaron a dar vueltas. 


Me refiero en particular al aire. Estamos sumergidos en él, es un gas, un fluido. Podemos moverlo, pero no puede desaparecer ni pueden quedar huecos. A efectos prácticos, los fluidos se comportan como si fueran una masa continua, sin vacíos. Aunque sabemos que a escalas microscópicas están formados por moléculas,  como todo,  y que entre éstas sí hay vacíos,

El aire está afectado por la gravedad igual que nosotros, no puede escaparse de la tierra. Es como la leche con galletas de mi desayuno, no puede salir de la taza! Si movemos un poco en una dirección, en otro lado la leche intentará moverse en la dirección opuesta hasta ocupar el espacio de la leche desplazada, a no ser que movamos TODA la taza a la vez... Pero esta "reorganización" no es como quitar un cajón de aquí y ponerlo allí, es un fluido y tiene que fluir para reorganizarse.


Pues el aire en la atmósfera es igual. Si un poco de aire se desplaza en un sitio, otro poco se va a mover en otro lado. Al final, esto lleva a que todo está muy conectado y todo afecta a todo; tanto a escalas pequeñas como mi taza de leche, hasta a escala atmosférica con vientos y huracanes pasando por el aire que envuelve a un avión. De ahí el proverbio chino "El aleteo de las alas de una mariposa se puede sentir al otro lado del mundo".

Pero ni el aire ni ningún fluido sabe hacer quiebros ni ángulos.  A menos que nos movamos a velocidades supersónicas, donde la física es muy diferente y todo sucede a golpes... pero eso es otra historia.


Y entonces qué hacen los fluidos para restablecerse cuando algo se mueve dentro de ellos?

Pues dan vueltas y más vueltas, intentan girar sobre sí mismos buscando un estado de equilibrio. Y qué pasa cuando los forzamos más? Pues giran mucho más rápido y en menos espacio. Crean vórtices!

Y los vórtices tienen tanta energía que no pueden parar! O bien se cierran sobre sí mismos como una rosquilla o los detiene una pared.

En el vídeo hacen cañón de vórtices muy sencillo y se ven muy bien los vórtices. Si no sabéis inglés podeis saltar el principio hasta donde empiezan a jugar con el "cañón".



Los tornados, por ejemplo, tienen una pared en la nube superior y otra en el suelo o el agua.
Fotos cortesía de NSSL y NOAA respectivamente.


Los aviones, al empezar a moverse, crean un vórtice y lo arrastran durante todo el vuelo. Empujan el aire hacia abajo al seguir alimentando este vórtice con su velocidad hacia delante.

Es un vórtice cerrado en sí mismo, como los anillos de humo, pero con uno de los extremos que se desplaza con el avión. Este vórtice está compuesto por los vórtices de los extremos de las alas, el vórtice que se crea cuando el avión empieza a moverse y las alas. Las alas también son un vórtice, pues hacen girar el aire: hacen ascender el aire de delante, descender el que dejan atrás, aceleran el aire superior y ralentizan el inferior.
El vortice trasero se queda en el aeropuerto, y se difumina con el tiempo, al igual que la parte trasera de los vortices en las puntas de las alas. Una vez en vuelo, lo que queda del vórtice inicial es el ala y los vórtices en los extremos de las alas.

Este video es de una simulación de la mitad de un avión donde aumentan el ángulo de ataque hasta que las alas son incapaces de seguir arrastrando el vórtice. El flujo de aire se separa, dejan de empujar aire hacia abajo y por lo tanto dejan de sustentar (entran en pérdida). La entrada en pérdida no es la idea de esta entrada, pero se ve muy bien el vórtice inicial y ya que utilizo parte del vídeo qué menos que enlazarlo entero.


El vórtice es el eje central de toda la circulación que produce el avión. Dentro del área cerrada por el vórtice es donde el avión ha arrastrado aire hacia abajo, y por fuera el aire sube para intentar volver a un equilibrio.


¿No os recuerda esta imagen a mi desayuno?




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