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Experimentos > ¿Quién sostiene a los aviones, el señor Bernoulli o el señor Newton?

Categorías: Fluidos
Palabras clave: Avión, Bernoulli, Sustentación


Autor/es

Albert Bramon Vives, Catedr�tico de instituto en el centro Institut La Garrotxa de Olot (Girona) abramon@xtec.cat

Qué se pretende demostrar

Con sencillos experimentos realizados con una hoja de papel podemos explicar la sustentación de los aviones y utilizarlo en las clases de ESO y bachillerato como una forma de concreción de las leyes de Newton.

En este trabajo presentaré una serie de experimentos sencillos que podemos hacer nosotros mismos para poner en evidencia cual es el origen de la fuerza que aguanta los aviones al aire.



Dirigido a

Primaria, secundaria y universidad.



Materiales necesarios

Hojas de papel.



Descripción

a- Con el teorema de en Bernoulli no tenemos suficiente!

1- Experimento clásico de soplar por encima de una hoja de papel doblado, lo aguantamos por uno de los lados estrechos y dejamos que caiga el otro lado, soplamos por encima suyo. Este es un experimento que se cita muchas veces y parece poner en evidencia el principio de Bernoulli en el vuelo de los aviones. La mayor velocidad del aire en la parte superior del papel provoca una presión más baja que la que tenemos en la parte inferior y, en consecuencia, que se levante.

2-  Soplar el papel situado perpendicular al suelo. En cambio, si ahora ponemos el papel vertical al suleo u soplamos paralelamente a unos de sus lados, la hoja no se levanta, a pesar de que estamos en las mismas condiciones que en el experimento anterior.  Alguna cosa falla en la explicación basada solamente en el efecto Bernoulli. 

3- Que el teorema de Bernoulli  tampoco explica otros casos lo podemos ver con una manga de aire (windsock).El aire, por fuerza tiene que pasar más rápido por dentro de la manga si queremos que no se pierda aire en algún sitio (ecuación de continuidad). Como se  explica que, de acuerdo con el principio de Bernoulli,  la manga no se colapse bajo la más grande presión exterior?

4- Podemos encontrar un tercer argumento para dudar de la explicación basda en Bernoulli, probamos a hacer una estimación numérica de la fuerza de sustentación sobre un avión de papel a causa  de este efecto (el peso de una hoja es de unos 5 g). Suponemos que el avión vuela a 1 m/s i que la velocidad del aire es un 10% más grande en  la parte  superior.

b. Otra explicación, la desviación del  aire hacía la terray  la ley de Newton más elemental .

5- Pongámonos como en el experimento 1, pero esta vez soplaremos por debajo del papel.. Aplicando el principio de Bernoulli, una mayor velocidad en la parte inferior llevaría a una menor presión y, en consecuencia, haría que la hoja se desplazase hacía la vertical. Y eso no pasa.

En cambio, el papel sube, y  la explicación más simple es que la hoja de papel desvía el flujo  de aire hacía el suelo y según  la tercera ley de Newton, el aire empuja la hoja de papel hacía arriba. 

6- Aguanto la hoja vertical haciendo un pequeño dobladillo en su extremo inferior con la ayuda de un rotulador ( tiene que estar muy marcado) i soplo por mi lado a la hoja y perpendicular al suelo. La hoja se separa de mí. Siguiendo el mismo razonamiento de antes, la desviación del aire hacía mi empuja la hoja lejos de mí.

7- Podemos ver como esta explicación nos permite entender el efecto de los alerones de cola en los aviones de papel si están hacía arriba desvían el aire hacía arriba y la cola del avión es empujada hacía el suelo provocando que el morro se levante. Por contra, si doblamos los alerones  hacía el suelo provocamos el efecto contrario y el avión  se precipita hacia abajo.



Existe alg�n riesgo

Ninguno.



Imágenes

 


Enlaces



Para saber m�s

  • “Understanding flight” David Anderson, Scott Eberhardt. 


Observaciones

Se trata de una buena oportunidad para ver en acción las leyes de Newton en situaciones reales con experimentos sencillos y, a la vez, introducirse en la física de los fluidos que explica muchos fenómenos cotidianos y que ha quedado desplazada de los temarios más habituales.

Últimas ideas. La idea es entrar en una parte de la física que ha ido quedando arrinconada, la física de los líquidos y gases y que en cambio permite una mejor compresión de muchos aparatos y comportamientos que encontramos en nuestro día a día y que a la vez, veréis la ley de Newton en acción en movimientos que no solo van en línea recta.

Todos los experimentos se pueden hacer en el aula con la ayuda de una hoja de papel y poca cosa más, una forma fácil de acercar la experiencia a la teoría.

Finalmente, me gustaría recalcar que no pretendo hacer experimentos para divertir a los alumnos sino enseñar física con experimentos que la hacen más divertida.