Bien, digamos que Isaac toma la palabra: Se me ocurren dos ideas joven Bernouilli, la primera es usar exclusivamente la tercera Ley que lleva mi nombre, ejemmmm, esa que nos habla de la Acción-Reacción que se produciría en el choque de las "partículas" o moléculas de aire contra la cara de barlovento de la vela transmitiendo parte de su cantidad de movimiento a la vela, esto haría que la partícula rebotara en la vela y por reacción la estaría empujando. Date cuenta que si tienes la vela aproada no deja de flamear pero basta que la pongamos con un cierto ángulo para que de inmediato se infle y empiece a chocar el viento contra la cara de barlovento, no ha habido ni tiempo para crear flujos laminares ni nada de eso, es el aire el que rápidamente llena la bolsa de la vela y empieza a empujar chocando sus moléculas contra la misma.
Esta acción produce una fuerza sobre la vela perpendicular a la misma hacia sotavento que producirá esa sustentación que llamamos.
Daniel, comenta rápidamente que no le parece que esta idea explique la sustentación puesto al otro lado de la vela también hay aire que golpea a la misma, no explica una diferencia de presión en ambas caras y por tanto la cara de sotavento en parte también tendría moléculas con las que golpear la vela y el rendimiento sería malo en general y aunque pongamos cierto ángulo de ataque significaría que la vela funcionaría igual independientemente de cómo fuera la cara de sotavento y está comprobado que dicha cara no puede tener cualquier forma, se comportaría igual independientemente de su forma, distintas velas tendrían el mismo rendimiento si la parte de barlovento fuera igual pero la de sotavento fuera arbitrariamente distinta, cosa incierta amigo Isaac.
Cierto!, comenta Isaac, te doy la razón y esta que fue la primera idea que se me vino a la cabeza pero tampoco me acaba de convencer, me gusta más la idea de que el aire circule pero sea desviado, es decir, la clave estaría en el ángulo de ataque pero respetando una capa límite pegada a la vela y el aire circulando cambiando de dirección de forma suave, no obligando a chocar contra la vela. Observo la existencia de esa capa límite porque veo una pequeña mosca que no hay forma de que se separe de la vela
, parece estar pegada y el viento no la echa para atrás!!, más bien lo que ocurre es que no sufre los choques que antes comentamos, entonces qué está pasando? pues que al avanzar la vela y recibir viento este se desvía, se desvía una gran masa de aire de su dirección original con cierto ángulo a otra que es hacia popa.
¿Recuerdas mi Primera Ley del movimiento? "Todo cuerpo permanece en su estado de movimiento o reposo en el que se encuentra si ninguna fuerza neta es aplicada sobre el mismo" esto significa que si el aire en movimiento que entra en la vela con un ángulo determinado cambia de dirección significa que una fuerza actúa sobre él y esto es impepinable en física, no hace falta que cambie de velocidad que también podrá pasar y por energía de tu análisis se desprende que sí pierde energía cinética y por tanto velocidad, pero sólo el mero hecho de cambiar de dirección implica la existencia de una fuerza, la de la vela sobre el aire, y por tanto, por la Tercera Ley de Newton de Acción y Reacción, una fuerza en sentido opuesto que sufrirá la vela y que a su vez dará lugar al arrastre y a la sustentación.
No se trata de choques, se trata de cambio suave de dirección que provoca la vela en el flujo de aire y por Acción y Reacción una fuerza igual y de sentido opuesto sobre la vela. La fuerza de reacción será por tanto proporcional al aire desviado que es mucho, es de gran importancia el ángulo de ataque y el perfil de la vela lo es en sentido que disminuye el arrastre a mínimos. Podemos hablar de un ángulo de ataque crítico a partir del cual el aire no fluye suavemente a lo largo de la vela, se desprende y se vuelve caótico y esto vale tanto para la explicación en el flujo laminar como la explicación en la fuerza obtenida por desviación de importante masa de aire en movimiento. También podemos decir que conseguimos la misma sustentación si al aumentar la velocidad disminuimos el ángulo de ataque
Creo firmemente, dice Isaac, que es la desviación del aire la que produce una fuerza que es perpendicular a la vela y que se descompone en sustentación y arrastre, y como ya dijimos anteriormente en la conversación la sustentación tiene dos componentes una de deriva y una de avance que es la que hace que el barco pueda ir con rumbos de ceñida.
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Resumimos:
- La explicación del Efecto Venturi no es aplicable a la vela, en todo caso es un caso particular, una aplicación de las ecuaciones de bernouilli en un tubo de sección cerrada
- La succión como fuerza, en Física no existe
- La teoría de choques de moléculas de aire con el lado de barlovento de la vela no es válida
- Que el tiempo de tránsito es el mismo por ambos lados de la vela es una premisa Incorrecta. Esta es la leyenda urbana más dañina originada por querer simplificar el problema.
- Las ecuaciones de Bernouilli explican perfectamente la sustentación de una vela y de un ala
- Las ecuaciones de Newton, también
Podemos explicar el efecto tanto por diferencia de presiones como por masas de aire desviado. Una explicación utiliza mecánica de fluidos y se basa mucho en la conservación de la energía y la otra explicación lo hace desde el punto de vista de las fuerzas que actúan. Ambas explicaciones son correctas y se pueden usar las ecuaciones de Bernouilli o las ecuaciones de la dinámica de Newton para resolver el problema de la sustentación. Así que podemos decir a nuestro amigos preguntones que hay dos formas de explicar el problema o elegir la que más nos guste.
Nota: Para un gas se aplican tres principios de conservación: el de la masa, el del impulso (o cantidad de movimiento o momento) y el de la Energía. Si hablamos de conservación del impulso del aire aplicamos Newton, si hablamos de Energía en fluidos aplicamos Bernouilli. La explicación más detallada aplicando los tres principios de conservación NO nos la da ni Newton ni Bernouilli, nos la dan las Ecuaciones de Euler (estas sí que son chulas cuando estudias dinámica de fluidos, son de un detalle...) pero tampoco son del todo completas, porque no considera la viscosidad del aire. Euler fue alumno del padre de Bernouilli y durante un tiempo trabajaron juntos Daniel Bernouilli y Euler. Las posteriores Ecuaciones de Navier-Stokes sí consideran el efecto de la viscosidad del aire, pero claro la complejidad aumenta bastante y es que el problema de la vela o el problema del ala de un avión es un problema extremadamente complejo y solemos simplificar para explicarlo, yo he querido simplificar pero de forma amena y sin perder la esencia, seguro que faltan muchas cosas pero tampoco es cuestión de complicar y menos lo de meter fórmulas. El poder de aceptación de un artículo o de un tema explicado es inversamente proporcional al número de fórmulas utilizadas, de forma que si no hay fórmulas mejor.
Menudo tocho
Ni que decir tiene que cuando regresaron a puerto se fueron de parranda a La Taberna del Puerto
