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Aspectos físicos elementales del vuelo de las cometas

Enviado por jm_suay



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Indice:
Nota introductoria
Conceptos elementales de mecánica de fluidos
Balance de fuerzas en una cometa plana ideal
Equilibrio en el vuelo de una cometa plana ideal
Efectos de la deformación axial y diédrica de una cometa plana ideal.
Principios de semejanza en una cometa ideal  

1. Nota introductoria:

Los siguientes apuntes sobre los "ASPECTOS FÍSICOS ELEMENTALES DEL VUELO DE LAS COMETAS", son una recopilación de los escritos que aparecieron en catalán en el Boletín L´Estel del Barcelona Estels Club debidos a Xavier Soret que bajo el nombre de "Aclarint conceptes" (Aclarando conceptos), se han ido publicando a lo largo de más de una veintena de números del citado boletín.

He considerado que tales escritos eran de interés para los que les gustaba los aspectos más "científicos" de las cometas, pero debido al idioma de publicación, limitaban mucho la difusión de tal obra, esta fue la razón que me llevo ha recopilarlos y presentarlos en la forma que tienes en tu mano.

La traducción no es literal, por lo que he cambiado el orden en que fueron publicados estos artículos, omitiendo conceptos recurrentes y algunos que he considerado evidentes, todo esto en vías de una mayor claridad expositiva, así mismo, he añadido algunos conceptos que no aparecían en estos escritos, como el capítulo dedicado a la Teoría de la Semejanza.

Aunque pueda asustar un poco, si se echa una primera ojeada, no hacen falta grandes conocimientos físicos-matemáticos para entender lo que sigue, no van más allá de los estudiados en bachiller, creo yo que es más importante, poseer una gran curiosidad científica, que otra cosa.

Espero que el lector disfrute con su lectura, lo que yo he disfrutado redactándolos.

2. Conceptos Elementales De Mecánica De Fluidos

Ecuación De Continuidad

Consideremos un fluido, que atraviesa dos superficies S1 y S2, las cuales, son perpendiculares a las direcciones de las líneas de corriente del fluido. Como entre ambas superficies no existe ninguna fuente ni sumidero de fluido, la masa que atraviesa las superficies tiene que ser igual, por tanto:

M1 = M2

La masa de fluido en movimiento que atraviesa una superficie, es igual:

M = r S v

r : Densidad del fluido (Kg/m3).

S: Área (m2).

v: velocidad del fluido (m/s).

Si consideramos que la densidad del fluido no varía entre las dos superficies, tenemos:

M1 = r S1 v1 = M2 = r S2 v2

S1 v1 = S2 v2

r S v = constante Ecuación de Continuidad

Teorema De Bernoulli

Sea un tubo de corriente que pasa por dos líneas cerradas C1 y C2.

En la superficie formada por el plano que contiene la línea cerrada y corta al tubo de corriente, podemos considerar que la velocidad, la presión y la altura respecto a un plano de referencia es constante.

Se define la presión estática de un fluido:

Pe = p + r g h

p: Presión sobre la superficie.

r : Densidad del fluido (Kg/m3).

g: aceleración de la gravedad (9,81 m/s2).

h: altura de la superficie respecto al plano de referencia.

Se define la presión dinámica de un fluido:

Pd = 1/2 r v2

r : Densidad del fluido (Kg/m3).

v: velocidad del fluido (m/s).

Esta presión es la debida a la velocidad del fluido en su movimiento.

El teorema de Bernoulli establece que la suma de la presión estática y la presión dinámica permanece constate a lo largo de un tubo de corriente

Pe + Pd = constante

p + r g h + 1/2 r v2 = constante

Esto significa que en la figura:

p1 + r g h1 + 1/2 r v21 = p2 + r g h2 + 1/2 r v22

Una de las consecuencias más importantes a tener en cuenta es que si en un fluido la velocidad aumenta su presión barométrica o estática disminuye.

El teorema de Bernoulli es valido para todo fluido estacionario, no viscoso e incompresible a través de un tubo de corriente.

Ejemplos de aplicación del teorema de bernoulli

Esfera desplazándose en un fluido

Consideremos una esfera desplazándose en el seno de un fluido.

Si el flujo es laminar, la ecuación de continuidad nos dice que el producto de la densidad, la sección y la velocidad en un tubo de corriente es constante, por lo tanto como la sección S2 disminuye, la velocidad debe aumentar, se cumple que:

V2 > V1

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