¿Cómo se aplica el principio de Bernoulli en un avión en vuelo? | ORBITECH

ORBITECH AI Academy

¿Por qué vuela un avión? ¿Es solo el principio de Bernoulli?

@MaríaCaracas · 2024-05-15 · answered

#física#bachillerato#bernoulli#avión#sustentación

En clase de física nos dijeron que los aviones vuelan por el principio de Bernoulli, pero mi hermano que es piloto dice que es más complicado. ¿Cómo se aplica exactamente ese principio en un avión? ¿Y por qué algunos aviones pequeños vuelan a 200 km/h mientras que los jumbo jet necesitan menos velocidad? Además, ¿afecta la altitud de Maiquetía (1000 msnm) a la sustentación?

@ProfGómez teacher · 2024-05-15T15:00 Mejor respuesta

¡Atención, equipo! Vamos a resumir lo clave para el Bachillerato: 1) El ala desvía aire hacia abajo (Newton) y crea baja presión arriba (Bernoulli). 2) La sustentación depende de $ρ$ , $v^{2}$ , área del ala y ángulo de ataque. 3) En Maiquetía (1000 msnm) el aire es ~10% menos denso que a nivel del mar, así que los aviones despegan con ~5% más de velocidad.

ρ_{M a i q u e t \overset{´}{ı} a} \approx 0.90 \times ρ_{n i v e l d e l m a r}

24

@AnaCumaná student · 2024-05-15T15:10

@ProfGómez a dit: "En Maiquetía el aire es ~10% menos denso"

¿Y en el aeropuerto de Barcelona (Anzoátegui) que está a nivel del mar? ¿Despegan más lento?

13

@ProfGómez teacher · 2024-05-15T15:25

@AnaCumaná a dit: "¿en el aeropuerto de Barcelona?"

¡Exacto, Ana! En Barcelona (0 msnm) el aire es más denso, así que los aviones despegan con menos velocidad relativa. Por eso en Maiquetía los pilotos deben ajustar la velocidad de despegue según las condiciones. Esto es crucial para entender por qué los aviones no pueden despegar con cualquier peso en cualquier aeropuerto.

16

@CarlosBarquisimeto student · 2024-05-15T15:40

@ProfGómez a dit: "los aviones no pueden despegar con cualquier peso"

Entonces, si un avión sale de Maiquetía con mucho equipaje, ¿puede que no despegue si el aire está muy caliente? Porque el aire caliente es menos denso.

17

@AlejandroMaracaibo expert · 2024-05-15T15:55

@CarlosBarquisimeto a dit: "si un avión sale de Maiquetía con mucho equipaje"

¡Sí, Carlos! Por eso en días muy calurosos en Maiquetía, los aviones pueden tener restricciones de peso. La densidad del aire $ρ$ baja, así que para mantener la sustentación, o aumentan la velocidad (pero hay límite) o reducen el peso. Por eso ves aviones con menos pasajeros en días de mucho calor.

ρ_{c a l i e n t e} < ρ_{f r \overset{´}{ı} o}

21

@ProfLópez teacher · 2024-05-15T16:10

@AlejandroMaracaibo a dit: "Por eso ves aviones con menos pasajeros"

¡Muy bien, Alejandro! Pero aclaro: el principio de Bernoulli no es la única explicación. La sustentación es un fenómeno complejo que involucra múltiples factores. En el examen de física del Bachillerato venezolano suelen preguntar sobre la ecuación de Bernoulli aplicada a alas, así que enfócate en eso para la OPSU.

19

@MaríaCaracas student · 2024-05-15T16:25

@ProfLópez a dit: "en el examen de física del Bachillerato"

¿Y en el examen de la OPSU suelen poner problemas con números reales? ¿O solo teoría?

14

@ProfGómez teacher · 2024-05-15T16:40

@MaríaCaracas a dit: "¿en el examen de la OPSU suelen poner problemas con números reales?"

¡Buena pregunta, María! En la OPSU suelen poner problemas con cálculos simples usando la ecuación de Bernoulli. Por ejemplo: 'Si un avión vuela a 250 km/h y el aire pasa 20% más rápido por arriba del ala, calcula la diferencia de presión'. ¡Practica con esos números!

23

@CarlosBarquisimeto student · 2024-05-15T10:12

Yo también tengo esa duda. En el libro solo sale la fórmula sin explicar bien cómo se aplica a un avión real. ¿Alguien tiene un ejemplo con números?

5

@ProfGómez teacher · 2024-05-15T10:45

¡Buena pregunta, María! Vamos a desglosarlo paso a paso. Primero, ¿sabían que en Maiquetía los aviones despegan con menos velocidad que en aeropuertos a nivel del mar? Eso tiene que ver con la densidad del aire.

12

@JorgeValencia student · 2024-05-15T11:03

@ProfGómez a dit: "en Maiquetía los aviones despegan con menos velocidad"

Pero profe, en el aeropuerto de Mérida (más alto) los aviones despegan más rápido, ¿no? ¿Eso no contradice lo que dijo?

8

@ProfGómez teacher · 2024-05-15T12:15

@ProfGómez a dit: "en Maiquetía los aviones despegan con menos velocidad"

¡Cuidado con simplificaciones! Bernoulli explica parte de la sustentación, pero no es el único factor. También influyen el ángulo de ataque y el efecto Coandă. En Maiquetía (1000 msnm), el aire es menos denso, así que los aviones necesitan mayor velocidad relativa para generar la misma sustentación.

20

@AnaCumaná student · 2024-05-15T12:30

@ProfGómez a dit: "En Maiquetía el aire es menos denso"

¿Y cómo se calcula esa velocidad necesaria? ¿Hay una fórmula?

9

@AlejandroMaracaibo expert · 2024-05-15T12:45

@AnaCumaná a dit: "¿Hay una fórmula?"

¡Sí! La sustentación depende de $L = \frac{1}{2} ρ v^{2} S C_{L}$ . Donde $ρ$ es la densidad del aire (menor en Maiquetía), $v$ la velocidad, $S$ el área del ala y $C_{L}$ el coeficiente de sustentación. Por eso en Mérida (4000 msnm) los aviones despegan más rápido.

L = \frac{1}{2} ρ v^{2} S C_{L}

15

@CarlosBarquisimeto student · 2024-05-15T13:00

@AlejandroMaracaibo a dit: "L = $\frac{1}{2}$ $ρ$ $v^{2}$ S $C_{L}$ "

O sea que si el avión va más lento, ¿no despega? Por eso en el Avior (Caracas-Maracaibo) a veces se siente que el despegue es más brusco.

7

@ProfLópez teacher · 2024-05-15T13:20

@ProfGómez a dit: "Bernoulli explica parte de la sustentación"

¡Muy bien, Alejandro! Pero aclaro: Bernoulli no es 'magia'. La clave está en que el perfil del ala desvía el aire hacia abajo (tercera ley de Newton). Bernoulli explica la baja presión arriba, pero el empuje hacia arriba viene de desviar el flujo. En el Bachillerato venezolano esto suele simplificarse.

22

@JorgeValencia student · 2024-05-15T13:35

@ProfLópez a dit: "el perfil del ala desvía el aire hacia abajo"

¿Y si el avión vuela muy alto, como los jets que van a Europa? ¿No se les acaba el aire?

6

@AlejandroMaracaibo expert · 2024-05-15T13:50

@JorgeValencia a dit: "¿si el avión vuela muy alto?"

A gran altura el aire es muy fino, pero los aviones vuelan más rápido para compensar. Por ejemplo, un Boeing 787 en crucero a 12 000 msnm vuela a 900 km/h. La sustentación sigue siendo $L = \frac{1}{2} ρ v^{2} S C_{L}$ , pero con $ρ$ muy bajo y $v$ muy alto.

L = \frac{1}{2} ρ v^{2} S C_{L}

14

@ProfGómez teacher · 2024-05-15T14:05

@AlejandroMaracaibo a dit: "un Boeing 787... vuela a 900 km/h"

¡Casi! Pero en crucero, la sustentación se equilibra con el peso. La clave es que a mayor altitud, menor $ρ$ , así que el avión debe aumentar $v$ para mantener $L$ constante. Por eso los aviones de largo alcance tienen alas más grandes y motores eficientes.

19

@MaríaCaracas student · 2024-05-15T14:20

@ProfGómez a dit: "los aviones de largo alcance tienen alas más grandes"

¿Y si hacemos un experimento en casa? ¿Qué materiales necesitamos?

11

@ProfLópez teacher · 2024-05-15T14:35

@MaríaCaracas a dit: "¿Qué materiales necesitamos?"

¡Excelente idea! Necesitas una tira de papel (20 cm x 2 cm), un ventilador pequeño y cinta adhesiva. Sopla por encima del papel como si fuera el ala. Verás que se levanta. Eso es Bernoulli en acción: el aire rápido arriba crea baja presión y el papel sube.

25

@JokerLuis student · 2024-05-15T14:45

@ProfLópez a dit: "Sopla por encima del papel"

¡Y si no tienes ventilador, sopla tú mismo! Pero cuidado, que si te mareas, el avión no vuela... 😅

4

@AlejandroMaracaibo expert · 2024-05-15T11:30

¡Exacto! El principio de Bernoulli dice que cuando un fluido (el aire) acelera, su presión disminuye. En el ala de un avión, el diseño hace que el aire pase más rápido por arriba que por abajo. Esa diferencia de presión empuja el ala hacia arriba: ¡sustentación!

18

@MaríaCaracas student · 2024-05-15T11:42

@AlejandroMaracaibo a dit: "Esa diferencia de presión empuja el ala hacia arriba"

¿Y por qué si el aire pasa más rápido por arriba, no se cae el avión por el peso?

10

@JokerLuis student · 2024-05-15T12:05

@AlejandroMaracaibo a dit: "El principio de Bernoulli dice que..."

Porque los pilotos le echan gasolina al avión... ¡y el avión se levanta! ¿O era por la magia de la física? 😂

3

Fuentes