¡Y sin embargo vuelan!. Un poco de teoría.

Últimamente me ha tocado viajar en avión mas de lo que me gustaría, algo que afortunadamente no me da ningún miedo. Para los que tienen problemas hay muchas páginas explicando porque vuelan los aviones . Así que he decidido ir un poco más allá, ¿Qué es necesario para que un avión vuele de forma estable? ¿Cómo es el avión más raro capaz de volar? Me ha salido un poco largo, así lo he dividido en tres partes, un poco de teoría, jugando con las alas y fuselajes extraños. E intentare publicarlas más rápido de lo habitual.

En la siguiente imagen podemos ver los tres ángulos de giro de un avión. En rojo es el balanceo, podéis imaginar el avión moviéndose lateralmente como un barco. En amarillo la guiñada, que sirve para apuntar el morro a derecha o izquierda y en morado el cabeceo, el morro (la “cabeza” del avión) sube y baja. Para conseguir un vuelo estable el avión tiene que responder a cada fuerza volviendo a su posición de equilibrio cuando desaparece, igual que un muelle.

Lo primero es volar en horizontal, es decir controlar el cabeceo. Para eso tenemos que asegurarnos de que el empuje hacia arriba coincida con la dirección del peso hacia abajo. Como el centro de gravedad del avión esta antes de las alas, la cola tira del avión hacia abajo. Eso permite que, si la sustentación baja, el morro caiga. El avión pierde altura pero gana velocidad y recupera la sustentación. Así podría planear, perdiendo altura y velocidad pero manteniéndose el vuelo.

Lo siguiente es que el avión no gire sobre si mismo. Para controlar el balanceo hay dos posibilidades. La primera es inclinar las alas hacia arriba lo que genera un par de giro que vuelve el avión a la horizontal.

O bien podemos colocar el fuselaje (el cuerpo) del avión bajo las alas. Eso hace que actúe como un péndulo y obliga al avión a mantenerse equilibrado. Claro que algunos son demasiado estables y hay que inclinar las alas hacia abajo para "inestabilizarlos un poco" y que puedan girar. En la imagen podemos ver los tres tipos de alas. Son otras necesidades, diferentes para los aviones militares y civiles, las que determinar que forma es mejor utilizar. Por ejemplo, si queremos motores cercanos al suelo y fáciles de mantener o elevados y alejados de la posibles objetos diseminados por la pista de despegue.

Por último, hay que evitar la guiñada a izquierda o a derecha. Esta es la parte más fácil. La cola del avión actúa como una veleta y el propio aire orienta el fuselaje para disminuir la resistencia. La única condición a cumplir es una cola larga que compense el momento desestabilizante del morro. Con todo esto, tenemos un avión que es estable de forma natural. Que tendera, el solo, a mantener el equilibrio si las fuerzas externas no son muy intensas. Y que con unos buenos pilotos, se convierte en el medio de transporte más seguro. Espero que esto ayude a tranquilizar a algunos de los que piensan coger el avión para sus próximas vacaciones. Que esta explicación les ayude y anime como sucedió con mi última compañera de asiento.

Pero claro, siempre podemos complicar más las cosas. La búsqueda de mejores prestaciones o características de vuelo especiales ha creado gran variedad de aviones diferentes y podemos continuar aprendiendo un poco mas de sus curiosas características.

Me ha parecido interesante completar el tema con distintas variantes de aviones. Algunas antiguas, exitosas pero ya olvidadas. Otras que, afortunadamente, fueron olvidadas antes de realizar demasiados vuelos. Un par de éxitos notables. Y unas pocas que, tal vez, nos den ideas para el futuro. En las siguientes dos anotaciones veremos alas inclinadas y asimétricas, fuselajes enormes e inexistentes, con cola y sin ella y algunos realmente inclasificables. Solamente tienen una cosa en común. Increíblemente todos ellos consiguieron volar.

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Categoría: Física

Burbujas asesinas

El submarino se encontraba a 100 metros de profundidad, rodeado de agua que buscaba aplastarlo con su peso, perseguido por buques que deseaban hundirlo y navegando en absoluto silencio. En el interior sus tripulantes solo pensaban en una cosa. Que no se formen burbujas.

Todos estamos familiarizados con las burbujas que surgen de un refresco cuando lo abrimos. Parecen inofensivas y son agradables en la garganta, ¿a que si?. Pero, además de bastante física, tienen unos cuantos peligros detrás. Estas burbujas se forman al descender la presión. Esto rompe el equilibrio de la disolución y los gases disueltos se agrupan en burbujas que ascienden a la superficie. El proceso es relativamente lento, ya que depende de la formación de núcleos de vaporización que, posteriormente, crecen hasta formar una burbuja. Pero algunos factores pueden acelerarlo mucho. Por ejemplo, introducir unos Mentos en una botella de Coca-Cola como podemos ver en este video procedente de EepyBird.(*)




Espectacular, ¿verdad?. Este fenómeno de disminución de la presión también puede darse en las hélices, habitualmente fabricadas en bronce, de barcos o submarinos. Para impulsar el agua primero tiene que “aspirarla” lo que provoca una disminución de la presión delante de la misma. Inmediatamente detrás, la presión vuelve a aumentar bruscamente para impulsar el buque. Este fenómeno es bastante rápido lo que reduce la posibilidad de que se formen burbujas o disminuye su tamaño. Sin embargo, cuando la diferencia de presión es demasiado alta se produce un fenómeno denominado cavitación. Las burbujas se forman y crecen antes de la hélice e implosionan detrás de la misma. Eso genera ruido, vibraciones y ondas de choque de alta energía. La suficiente energía para dañar las hélices como podemos ver en la imagen.



Solo el ruido es suficiente para indicar la presencia de un submarino y convertirlo en un blanco fácil para los atacantes de la superficie. Y si el submarino es alcanzado por un torpedo y comienza a llenarse de agua es necesario escapar del mismo. Entonces las burbujas vuelven a causarnos problemas. La entrada de agua aumenta la presión en el interior del submarino. Los marineros respiran gases a mayor presión que se disuelven en su sangre. Si, después de un cierto tiempo, intentan subir a la superficie, los gases disueltos formaran burbujas dentro de su sangre. Es el conocido síndrome de descompresión. ¿Recordáis el video? Afortunadamente no es tan rápido, pero si bastante peligroso.

Aun tenemos una razón más para preocuparnos por las burbujas. Como ya comente en una entrada anterior, los océanos son un importante almacén de CO2 disuelto. De momento absorben más CO2 del que desprenden. Pero si la temperatura de los océanos sigue subiendo pueden dejar de hacerlo, provocando una realimentación positiva que elevaría todavía más la temperatura del planeta. Una buena razón para tener miedo de las burbujas.

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Categoría: Física
(*) Soy incapaz de recordar como he descubierto este video, así que si alguien lo ha mencionado en su blog y no lo menciono, que me disculpe.

Un problema de escala

Me he dado cuenta de que mi bitácora tiene un problema de escala. La cabecera es un preciosa imagen de la Tierra desde la Luna (Si, de pequeño me decían mucho eso de que estaba en luna, así que parecía una buena imagen para esta espacio). Es una imagen retocada basada en esta . Y da una imagen distorsionada y equívoca de la distancia entre Tierra y Luna.

Así que para esta anotación he colocada en el lateral una fotografía de la Tierra y la Luna juntas en el espacio ¿Que no veis la Luna? No es preocupéis ya llegaremos a ella.

La Luna parece cercana, sobre todo cuando se encuentra sobre el horizonte y la distorsión atmosférica aumenta su tamaño aparente. Pero esta lejos, realmente lejos. Y su tamaño tampoco es el que parece. En el fotomontaje inferior, sacado de Astronomy Picture of the Day, podemos compararlos. La Tierra con un diámetro de unos 12.700 kilómetros y la Luna que tiene 3.476 km. En realidad, la Tierra y la Luna están bastante lejos. La distancia son 384.400 kilómetros en promedio, es decir unas 30 veces el diámetro de la Tierra. Por eso, en una foto que muestre la distancia real, como la del lateral (sacada de Wikipedia), es difícil verlas juntas. Las fotos con teleobjetivo son muy hermosas pero pueden confundirnos. Todo esto me ha venido a la cabeza porque hace unas semanas me toco volver a la Universidad para dar una pequeña charla por un tema laboral (nada que ver con esta página). Mientras esperaba en la entrada al director del curso, me encontré un cartel promocionando un libro. "Hercolubus o el planeta rojo: Toda la verdad sobre el planeta gigante que va a chocar con la Tierra". Esa supuesta "amenaza" esta conveniente refutada en este texto del Escéptico Digital así que no me molestaré en hacerlo. Pero si estaba ahí, era porque esperaban tener compradores en la universidad. Y eso si me molesto. ¿Ayudan imágenes como mi cabecera a que la gente se crea gráficos tan absurdos como este? Espero que no. Mantendré la imagen porque me ha costado mucho encontrar un diseño que me gustase pero esta entrada servirá para recordarnos que no es real. Como las fotos de las modelos que vemos en las portadas de una revista. Y si queréis más imágenes a escala de los planetas del Sistema Solar, hay una excelente anotación de Curioso pero Inútil sobre el tema. Aunque el mejor es este grafico de todo el sistema solar a escala, píxel a píxel. Hay mucho espacio vacío ahí afuera.

Me gusta hacer divulgación científica (a mi modesto nivel) pero hay que tener cuidado cuando intentas explicar una idea. Hay que hacerla sencilla pero sin simplificarla en exceso. Y luego están los errores porque, por muy bien que intentes documentarte, no puedes ser un especialista en todo. Algún día se colará un gazapo. Aun así espero hacerlo bien porque ahora me he animado a colaborar en Genciencia. Creo que, mientras alguien me lea, voy a seguir escribiendo. Esperemos que sea por mucho tiempo.

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(*) Utilizo muchas imágenes de la NASA porque son de uso libre para usos educativos o informativos.
Categoría: Física