Aviso: Me voy a enrollar.
Cuando tenemos un obstáculo cualquiera en un fluido en movimiento, éste se aparta de él.
Un fluido en movimiento tiene en general tres energías:
Energía de presión
Energía por velocidad
Enegía potencial por gravedad
Cuando se trata del aire y del agua en los efectos que se estudian en aerodinámica o hidrodinámica para barcos o veleros, la energía potencial por gravedad puede considerarse constante todo el tiempo.
Las líneas o venas de fluido, al encontrarse con un obstáculo cualquiera, alteran su velocidad y por tanto se generan distintas presiones a su alrededor que en general intentarán arrastrar el objeto aguas abajo.
Los perfiles aerodinámicos tienen una forma especial que desvían las líneas de fluido de determinada manera. Muchas veces tienen una parte digamos curvada y otra más plana (imaginemos el ala de un pájaro o la vela de un barco), de manera que el aire aumenta su velocidad por la parte cruvada y se frena por la parte más recta. Por las ecuaciones de conservación de la energía (Euler, Bernuilli y otros) si la energía por velocidad aumenta la energía por presión tiene que disminuir -en la misma línea de fluido-, y al revés, si el fluido se frena en la parte recta la energía por velocidad disminuye y la presión tiene que aumentar. Esta diferencia de presiones generada por una diferencia de velocidades provocada es la causa del empuje de sustentación.
Cualquier objeto que se ponga en medio de un fluido en movimiento causará desviación de las líneas de fluido a su alrededor y modificación del campo de presiones, pero los perfiles aerodinámicos lo hacen de una manera deliberadamente especial.
Para su estudio, la resultante de las fuerzas que el fluido genera sobre el perfil se descompone en dos: una perpendicular al perfil que se suele llamar empuje (o
Lift) y otra paralela que se suele llamar resistencia (o
Drag). El tercer parámetro importante en el estudio es el ángulo de ataque, que es el que forma el perfil con las líneas de fluido sin perturbar. Y por supuesto, las fuerzas, o la relación entre esas fuerzas, se estudia
para cada perfil, que pueden ser más afilados, o más redondeados, o simétricos como un timón, o asimétricos como el ala de un pájaro.
Si buscamos la mejor proporción entre empuje y resistencia con el menor ángulo posible (queremos remontar el viento), la aerodinámica nos dice que un perfil delgado será más eficaz, y la experiencia que cacemos el pajarín para aplanar la mayor.
Si buscamos el máximo empuje ascensional y el ángulo no es crítico, un perfil algo más lleno es más eficaz; podemos soltar pajarín para tener más bolsa e ir más rápido al descuartelar o de través.
Si el ángulo de ataque supera, más o menos, los 30º o 40º, los perfiles en general dejan de trabajar como perfiles aerodinámicos y pasan a ser simples obstáculos pues el flujo se desprende (como se ve al final del vídeo). Es lo que ocurre cuando el viento aparente nos llega más a popa del través; o izamos espí, o nos paramos.
Hasta ahí, el ángulo de la vela con el viento.
Quedan dos aspectos muy importantes que tratar:
El ángulo de la vela con crujía
Efecto de la orza y timón.
Eso ya otro rato.