Aerodinámica para niños
La aerodinámica es una parte de la mecánica de fluidos que estudia cómo se mueven los gases, como el aire, alrededor de los objetos. También analiza las fuerzas que el aire ejerce sobre esos objetos cuando se mueven. Es muy importante para entender cómo vuelan los aviones y los helicópteros, y cómo se mantienen en el aire.
Contenido
Historia de la Aerodinámica
La idea de usar las fuerzas del aire no es nueva. Desde hace miles de años, las personas han usado el viento para mover veleros y molinos de viento. También hay historias antiguas, como la de Ícaro y Dédalo, que hablan sobre el deseo de volar.
Primeros Pasos en el Estudio del Aire
En el siglo XVII, el científico Isaac Newton fue uno de los primeros en estudiar cómo el aire frena los objetos. Después, en 1738, Daniel Bernoulli explicó una relación clave entre la presión, la densidad y la velocidad del aire. Esto es fundamental para entender cómo se genera la fuerza que eleva los aviones.
Más tarde, otros científicos como Leonhard Euler y los que desarrollaron las ecuaciones de Navier-Stokes crearon fórmulas más complejas. Estas ecuaciones describen el movimiento de los fluidos, pero son difíciles de resolver.
Grandes Descubrimientos para el Vuelo
En 1799, George Cayley identificó las cuatro fuerzas principales que actúan sobre un objeto en vuelo: el peso (que tira hacia abajo), la sustentación (que empuja hacia arriba), la resistencia (que frena el movimiento) y el empuje (que impulsa hacia adelante). Él mostró el camino para que los objetos más pesados que el aire pudieran volar.
En 1871, Francis Herbert Wenham construyó el primer túnel de viento. Esta herramienta permitió medir con mucha precisión cómo el aire afecta a los objetos. Gracias a inventores como Otto Lilienthal, que experimentó con planeadores y formas de alas, y a los hermanos Wright, quienes usaron un túnel de viento propio, se logró el primer vuelo con motor el 17 de diciembre de 1903.
La Era Moderna de la Aerodinámica
A medida que los aviones volaban más rápido, surgieron nuevos desafíos. Los diseñadores notaron problemas cuando los aviones se acercaban a la velocidad del sonido. El aire se comporta de manera diferente a esas velocidades, lo que puede afectar el control del avión y aumentar la resistencia.
Para medir estas velocidades, se usa el número Mach, llamado así por Ernst Mach. Este número compara la velocidad de un objeto con la velocidad del sonido. Los científicos como Theodore von Kármán y Hugh Latimer Dryden estudiaron las velocidades entre el sonido y más allá. En 1947, el avión Bell X-1 logró romper la barrera del sonido, demostrando que el vuelo supersónico era posible.
Hoy en día, la dinámica de fluidos computacional (CFD) permite diseñar aviones completos usando programas de computadora. Esto ha acelerado mucho el desarrollo de nuevas aeronaves.
Conceptos Básicos de la Aerodinámica
La aerodinámica se basa en las leyes de la física, especialmente en las de Isaac Newton. Al estudiar cómo se mueven los fluidos, podemos entender las fuerzas que actúan sobre los objetos.
Fuerzas del Vuelo
Cuando un objeto se mueve a través del aire, experimenta varias fuerzas. Las más importantes son:
- Sustentación: La fuerza que empuja el objeto hacia arriba, permitiéndole volar.
- Resistencia: La fuerza que se opone al movimiento del objeto, frenándolo.
- Fuerza lateral: Una fuerza que puede empujar el objeto hacia los lados.
Estas fuerzas dependen de la velocidad del objeto, la densidad del aire y la forma del objeto. Los ingenieros usan algo llamado "coeficientes aerodinámicos" para calcular estas fuerzas.
Coeficientes Aerodinámicos
Los coeficientes aerodinámicos son números que ayudan a los ingenieros a entender cómo la forma de un objeto afecta su vuelo. Por ejemplo, el coeficiente de sustentación nos dice qué tan bien una ala genera fuerza para elevarse, y el coeficiente de resistencia nos indica cuánto frena el aire al objeto.
Para estudiar estos fenómenos, se usan túneles de viento y simulaciones por computadora.
Tipos de Aerodinámica
La aerodinámica se puede clasificar de varias maneras, dependiendo de lo que se esté estudiando:
- Según su aplicación:
* Aerodinámica aeronáutica: Se enfoca en el diseño de aviones y naves espaciales. * Aerodinámica civil: Se aplica a edificios, puentes, coches y otros objetos en la vida diaria.
- Según la naturaleza del aire:
* Compresible: Cuando el aire cambia su densidad al moverse, lo que ocurre a altas velocidades. * Incompresible: Cuando la densidad del aire no cambia mucho, lo que sucede a bajas velocidades.
- Según la velocidad del objeto (relacionada con el número Mach):
* Subsónico: Cuando el objeto se mueve más lento que el sonido (Mach < 1). * Transónico: Cuando el objeto se mueve a velocidades cercanas a la del sonido (Mach cercano a 1). * Supersónico: Cuando el objeto se mueve más rápido que el sonido (Mach > 1). * Hipersónico: Cuando el objeto se mueve a velocidades muy altas, muchas veces la velocidad del sonido (Mach > 6).
Galería de imágenes
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El paso del ala de un avión crea un vórtice identificable por el humo coloreado.
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Una réplica del túnel de viento de los hermanos Wright. Los túneles de viento son clave para entender la aerodinámica.
Véase también
En inglés: Aerodynamics Facts for Kids
- Resistencia aerodinámica
- Vorticidad
- Número de Reynolds
- Gas de elevación
