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Volar - Monografía



 
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Sistemas de propulsión. Historia de la aviación. Aves. Sustentación. Vuelo batido, planeado. Superficie



¡ Volar ! El hombre siempre   ha   deseado   desafiar la gravedad   y elevarse  como  los  pájaros.  El  investigador atento  descubre innumerables pruebas de ese afán en los vestigios de las antiguas civilizaciones. Las figuras humanas con amplias alas desplegadas en los frisos egipcios, los relatos chinos hablando del vuelo de sus genios, los guerreros águila aztecas y el inevitable mito del osado Icaro son algunas de las manifestaciones más remotas del sueño humano de conquistar el cielo.

Pero si las aves han evolucionado para conquistar el aire, el hombre  carece de la estructura anatómica adecuada para volar
Para hacerlo ha tenido que estudiar detenidamente la naturaleza y aplicar los mismos principios físicos que permiten a animales y plantas desafiar la gravedad.

Primero pretende elevarse batiendo alas similares alas de los pájaros, pero carece de la fuerza muscular necesaria y fracasa.
Más tarde, observando el humo que se eleva desde una chimenea, llena de aire caliente un globo y es capaz de despegar. Años después, al comprobar Que las grandes aves también vuelan sin aletear, las imita con éxito construyendo un planeador. También es posible volar con un paracaídas tal como lo hacen ciertas semillas. La sueva caída en espiral de la semilla alada del arce podría haber evidenciado las propiedades de la hélice y, en consecuencia, inspirar el mecanismo del helicóptero.

Por último, los reactores que equipan los más modernos aeroplanos tienen su paralelo natural en el potente chorro de agua lanzado por el pulpo para propulsarse en su vuelo por los fondos marinos.

¡ Volar l Un sueño finalmente hecho realidad gracias al desarrollo de las ciencias, el perfeccionamiento de la tecnología y el valor de los pioneros.

A continuación se hace figurar una breve reseña cronológica e histórica de la historia de la aviación, desde los primeros ingenios voladores a los grandes aviones retro propulsados y a la conquista del espacio, para posteriormente significar diversos experimentos en los que se asientan los principios de la aerodinámica:

730    a. J. Icaro y Dédalo vuelan desde el Laberinto del rey Minos en Creta.
1460   Giovanni Battista Danti de Peruggia prueba una máquina voladora.
1500   Leonardo Da Vinci construye los primeros ornotopteros.
1678   Le Journal de Sçavants, la primera revista científica del mundo, divulga   el intento de vuelo de Besnier .
1783   Hermanos Montgolfier. Primer vuelo de un globo aerostático.
1853   George Cayley sienta las bases para el desarrollo de la aviación.
1858   Despega el Eole de Clement Ader .
1891   Otto Ulienhal se lanza en sus planeadores.
1903  El Flyer de los Hermanos Wright : el primer vuelo controlado de una aeronave.
1917   Louis Bleriot cruza por primera vez el Canal de la Mancha.
1919   Alcock y Brown cruzan el Atlántico sin escalas entre Terranova e Irlanda.
1920   El primer avión de pasajeros: el Junkers F-13.
1923   El Autogiro de Juan de la Cierva: un predecesor de origen español.
1926   El Plus Ultra: de Europa a América sin escalas.
1927   Undberg a bordo del Spirit of Sant Louis cruza el Atlántico sin trasbordo entre Nueva York y París.
1929   Vuelta al mundo del Graff Zeppelín.
1931   Willey Post da la primera vuelta al mundo con escalas.
1933   Hazaña aérea del avión español Cuatro Vientos.
1939-1945 Segunda Guerra Mundial: la aviación determinante en la victoria (Messerschmitt, Spitfire )
1947   Bell X-I traspasa por primera vez la barrera del sonido.
1953   Comet: El primer reactor de pasajeros.
1966   Boeing 747: la aviación comercial logra que el vuelo sea posible para muchos.
1969   Concorde: el primer reactor supersónico de pasajeros.
1981   Transbordador espacial Columbia: el dominio del espacio próximo.
1986   Rutan y Jaeger dan la primera vuelta al mundo sin escalas en el Voyager.
1999   La última aventura en globo: Piccard y  Jones, vuelan con éxito alrededor del mundo.

Superficie de sustentación



Ala



En el siglo XVIII, Daniel Bernouilli, descubrió las propiedades aerodinámicas de una superficie curvada. A partir de sus trabajos se pudo explicar por primera vez, porqué las aves son capaces de volar y diseñar las alas que equiparon a los primeros aeroplanos.

El ala al penetrar con cierta velocidad en el aire se ve impulsada hacia arriba por él. Esto sucede por que la curvatura de su superficie provoca una diferencia de presiones entre el aire que circula por la cara superior y el que circula por la cara inferior
El aire se acelera en la cara superior del perfil, pero mantiene la misma velocidad en la cara inferior. De esta diferencia de velocidad resulta una fuerza que empuja la superficie hacia arriba.

La pluma



La pluma no se originó para permitir el vuelo sino para mantener la temperatura del cuerpo constante. Sin embargo sus principales características -ligereza, resistencia, capacidad de renovación entre el desgaste o el deterioro -la convierten en la herramienta de vuelo más perfecta dentro del mundo animal.

Vuelo y movimiento



“El principio de Bernouilli y las aves”



La mecánica de vuelo de los aves es extremadamente complicada. En los inicios de la aviación fueron muchos los científicos que fracasaron intentando crear aparatos voladores basados en el batir de las alas de los pájaros. Es necesario tener en cuenta que las alas representan solo una parte de todo un cuerpo especialmente adaptado al vuelo. El zootropo de Marey nos permite observar con detenimiento como se desarrolla este bello ejercicio.

Vuelo batido



Es el modo utilizado por la mayoría de aves para volar. Consiste en mover la alas de un modo cíclico. de arriba hacia abajo y de adelante hacia atrás. Si bien este ejercicio precisa de una gran cantidad de energía. dota al vuelo de gran maniobrabilidad. En general, cuanto menor es la superficie del ala. mayor es la frecuencia del batido.

Vuelo planeado



Tanto las aves marinas como las grandes rapaces vuelan aprovechando el empuje de las corrientes. La gran envergadura de sus alas les permite volar sin apenas moverlas, con el consiguiente ahorro de energía. Hoy se sabe Que los pterosaurios, unos reptiles voladores que vivieron en la era mesozoica, también volaban planeando.

Vuelo cernido



Algunas aves. como el. colibrí. pueden practicar un tipo de vuelo que les permite mantenerse volando suspendidos en un punto. El movimiento de las alas se realiza a gran velocidad y conlleva un enorme gasto energético. Existen muy pocas aves capaces de volar de este modo; entre ellas destacan el martín pescador y el cernícalo común.

Semilla voladora



“El principio de Bernouilli en el reino vegetal”



La semilla del arce dispone de un sistema Que le permite retrasar su caída cuando se desprende del árbol. Se trata de un ala que crece junto a la semilla, formando una estructura que gira helicoidalmente en el aire retrasando su caída. Como consecuencia, el viento la arrastra lejos de la planta original, implantando la especie en otros lugares.


Bombas vegetales



“Propulsión en el reino vegetal”



Los frutos de ciertas plantas acumulan una buena cantidad de energía que, en un momento dado, se liberan repentinamente, esto posibilita que las semillas salgan literalmente disparadas y alcancen terrenos menos poblados para desarrollarse. Una variedad de estos “frutos explosivos” son:

1.- Lycoperdan perlatum (cuesco de lobo)
2.- Ecballium Elatericam (pepinillo del diablo)
3.- Hevea brasiliensis (caucho)

Células con hélice


Los espermatozoides humanos baten circularmente el flagelo para desplazarse. El efecto que consiguen es similar al de los remos de una barca: trasladar agua de delante hacia atrás para aprovechar el efecto de acción y reacción y así poder avanzar. Por otra parte una bacterias denominadas espiroquetas disponen de un flagelo que también mueven de un modo circular .

Alas de insecto



¿Hélices ó remos?


Los insectos tienen una depuración técnica del vuelo. Los movimientos de sus alas, imperceptibles a simple vista, tienen el efecto de la hélice de un avión. Unos músculos muy especializados les permite repartir el movimiento de batido de las alas a grandes velocidades: la mosca común bate sus alas 352 veces por segundo, un mosquito 550 veces por segundo y la abeja 440 veces por segundo.


Volando con la hélice



“Hélice -Alas giratorias”



Para que el efecto de sustentación de un ala pueda verificarse, es preciso que la superficie alar penetre en el aire a cierta velocidad, esta es la razón por la cuál los aviones deben coger carrerilla para despegar.

Sin embargo. hay otra forma de conseguir esa sustentación: mover solamente el ala y no toda la nave, dando lugar al concepto hélice, las aspas de un helicóptero no son otras cosa que unas alas, similares a las de un avión convencional, pero con la particularidad de que giran alrededor de un eje, esto permite que el helicóptero despegue verticalmente. Del mismo modo, los insectos alados baten sus alas a gran velocidad para conseguir el mismo efecto de sustentación que una hélice.

La hélice aérea



Sus palas están inclinadas un cierto ángulo. de modo que el aire surca en su movimiento giratorio. y se ve obligado a desplazarse hacia atrás. Cuando el giro es rápido, el aire desplazado a la parte posterior crea un potente chorro que impulsa al avión hacia delante.

Principio de Arquímedes



Un cuerpo sumergido en agua experimenta un empuje ascendente proporcional a su volumen. Este hecho descrito por primera vez por Arquímedes, se puede aplicar a cualquier fluido y explica que los barcos noten en el agua y también que los globos se eleven, o lo que es los mismo, noten en el aire. Cuando las burbujas han desplazado el volumen suficiente de agua esta asciende debido a su menor densidad respecto al líquido.

La vejiga natatoria



“El principio de Arquímedes en el reino animal”


La mayoría de los peces disponen de un órgano que les facilita la navegación. Se trata de una pequeña bolsa llena de gases que tienen en su interior, aunque el pez no tiene control sobre esta vejiga, aprovecha pasivamente su efecto. Cuando el pez se sumerge, por efecto de la presión del agua, el contenido de la vejiga se comprime reduciendo el volumen y ayudándole a bajar . Por el contrario. cuando el pez sube, la bolsa se infla debido a que disminuye la presión circundante, lo cuál le facilita el ascenso.

Volando con el globo



“Principio de Arquímedes”



Los fluidos menos densos floten el los de densidad mayor, así el aceite en el agua y el hidrógeno en el aire. Si se llena un globo con hidrógeno, este asciende. De igual manera, al calentar al calentar el aire del interior de un globo, su densidad disminuye, pesa menos y sube.
Esta sencilla concepción técnica, hizo del globo el primer ingenio que el hombre usó para volar. Su desventaja estriba en la escasa independencia respecto a los vientos dominantes.

El globo aerostático



“Arquímedes y el vuelo humano”


El hidrógeno es el gas más ligero. pero es también muy explosivo, lo que hace peligroso su uso en globos. Aunque el helio tiene menos poder ascensional, no es inflamable y por esta razón se utiliza mucho más. Sin embargo el sistema más práctico para elevar un globo, no es ni hidrógeno, ni helio, es el aire caliente.
Al aumentar la temperatura, el aire pierde densidad y aligera su peso.


Ardillas voladoras



A mayor superficie. menor velocidad de caída. Algunas ardillas denominadas “voladoras”, disponen de una membrana que une sus extremidades. Cuando el animal salta y extiende sus patas, la membrana se despliega por completo y actúa como la vela de una cometa. El roedor no puede remontarse en el aire, pero si prolongar considerablemente el alcance de sus saltos. La ardilla puede cubrir hasta 30 metros saltando desde 10 metros de altura.

Velocidad de caída límite



“Paracaídas”



Cuando algo cae por su propio peso. la velocidad a la que lo hace depende en gran medida de la superficie que ofrece resistencia al aire. Si, como en el caso del hombre, la superficie de su cuerpo es pequeña en comparación con la masa, el resultado es una gran velocidad de caída de nefastas consecuencias.
Sin embargo, si aumentamos nuestra superficie sujetándonos a una gran lona, conseguiremos disminuir drásticamente nuestra velocidad de caída; de este modo habremos conseguido, imitando a la ardilla voladora, inventar el paracaídas.

Acción y reacción


Los cohetes se propulsan aprovechando el principio de acción y reacción enunciado por Newton. Se lanza el aire en un sentido, obteniendo un impulso en el sentido contrario. Este impulso dependerá de la cantidad y la velocidad del aire expulsado.


Reactores del mar



“Propulsión a chorro”



En el mar se encuentran los únicos casos de animales capaces de moverse por efecto de acción y reacción como los cohetes. Los pulpos consiguen un impulso que les permite desplazarse hacia delante.

Volando con los cohetes



También es posible volar utilizando la propulsión. En este caso nos valemos del principio de acción -reacción, según el cuál, si ejercemos una fuerza en un determinado sentido, obtenemos como respuesta, otra fuerza, equivalente en sentido contrario. El cohete expulsa gases a gran velocidad en un sentido y avanza en el sentido contrario.
Este caso se diferencia radicalmente del resto, ya que para volar de este modo no es necesaria la sustentación del aire, es más, el aire dificulta el vuelo por introducir un fuerte rozamiento. Por esta razón, los cohetes espaciales funcionan a pleno rendimiento allí donde no hay atmósfera.

Autor:

MARIA





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