Una vela no es el ala de un avión.

[caribdis]

Originalmente publicado por jonam52

Mira, es diferente analizar el flujo de un gas a gran escala que a pequeña escala. A gran escala hay un flujo en una dirección que es clara. A escala de las moleculas no es asi. En un gas hay mucho espacio entre las moleculas y estas tienen libertad de movimientos, por lo tanto se mueven en todas direcciones y chocan muchas veces unas contra otras y tambien contra la vela, a barlovento y a sotavento tambien. Y en un ala por abajo (que es muy intuitivo) pero por arriba tambien (que ya no es tan intuitivo) y tambien por arriba producen un efecto de acción-reacción que se traduce en sustentación.

Si nos quedaramos solo con el flujo a gran escala no podriamos explicar que en una tuberia el flujo de gas tenga una perdida de presión a medida que avanza, porque si sigue la misma dirección del tubo ¿por qué tendrian que chocar las particulas contra las paredes del tubo? es que a pequeña escala tambien se mueven en dirección a las paredes del tubo y chocan contra él, perdiendo energia que transmiten al tubo.

Piensa en esto con la vela y verás que tambien a sotavento las particulas de gas chocan contra la vela y le transmiten energia contribuyendo a la fuerza velica. A gran escala (nosotros estamos en la gran escala porque somos gigantes comparados con el tamaño de las particulas) nosotros solo notamos la dirección media del flujo y no notamos que hay particulas que se mueven en otras direcciones tambien.

Si fueramos del tamaño de las particulas veriamos particulas moviendose en todas direcciones y chocando entre ellas y con todo lo demás y nos costaria entender que en ese caos hay una corriente en una dirección...

Hay varios experimentos en los que se ve como un fluído que adquiere velocidad baja la presión y mueve objetos en la dirección contraria a la esperada, los succiona. El de soplarle a un folio curvado, por ejemplo.

Claro que las moléculas del aire siguen chocando con el folio, pero la velocidad del aire ha bajado su presión y succiona al folio. También hay moléculas chocando por la otra cara, lo importante es que choquen con menos fuerza por la cara superior, la velocidad las arrastra y por eso chocan menos?

[jonam52]

Originalmente publicado por caribdis

Hay varios experimentos en los que se ve como un fluído que adquiere velocidad baja la presión y mueve objetos en la dirección contraria a la esperada, los succiona. El de soplarle a un folio curvado, por ejemplo.

Claro que las moléculas del aire siguen chocando con el folio, pero la velocidad del aire ha bajado su presión y succiona al folio. También hay moléculas chocando por la otra cara, lo importante es que choquen con menos fuerza por la cara superior, la velocidad las arrastra y por eso chocan menos?

es que nadie esta diciendo tampoco que lo de la presión sea falso... es que no es completo porque la fuerza de la vela es superior a la que se calcula por diferencia de presiones... eso no dice que la diferencia de presiones no exista. La velocidad y la dirección del flujo se observa a gran escala, a pequeña escala las particulas siguen moviendose en todas direcciones y chocando contra la vela a pesar de que el flujo general sea en una dirección. (eso es lo que vemos nosotros por nuestro tamaño y porque no vemos las particulas)

Pensando en esto que dice la Nasa de desviar el flujo, me he dado cuenta de que cuando en la vela estamos preocupados de que los catavientos vayan horizontales y no desviados, esto se entiende muy bien y muy facil pensando en el flujo y olvidandose de las presiones. Si es la desviación del flujo la que produce la fuerza tambien a sotavento entonces es importante mantener ese flujo en la dirección correcta que es siguiendo el perfil de la vela y no desviandose hacia arriba o hacia abajo o en otras direcciones... cuanto más estable y más orientado con el perfil de la vela más fuerza velica vamos a conseguir.

A mi por lo menos me ayuda a entenderlo... es que si nos vamos a depresiones y aspiraciones ya nos liamos con que si hay aspiración por qué afecta solo a la vela y no a los catavientos etc... y además si se trata de aspirar pareceria más logico que los catavientos tuvieran que estar perpendiculares al perfil de la vela porque entonces aspiraria más no? es mas sencillo y más correcto segun lo que nos dicen los aeronauticos lo del flujo.

[Newton]

Igual se están mezclando algunos conceptos.

Por una parte, está la velocidad de un fluido. Eso se ve con las lanitas o con humo, pequeñas partículas u otros inventos en los túneles de viento.

Por otra parte, está la presión estática. Esa es la que va cambiando cuando buceamos y hace que nos duelan los oídos si no compensamos. Es la que explica el teorema de Arquímedes aunque de una manera algo compleja. También, de manera menos evidente, es la presión atmosférica, que a nivel del mar tiene un valor, en lo alto del Everest otro valor más pequeño (y nos moriríamos porque no podríamos absorber el oxígeno del aire) y más arriba donde vuelan los aviones todavía menos presión absoluta o estática.

Otra cosa es la compresibilidad de los gases y la no-compresibilidad de los líquidos. Efectivamente, el aire puede comprimirse por ejemplo a 200 bar y ponerlo en una botella, y después lo iremos sacando. Hay mucha energía acumulada en una botella de gas a presión, y por ese motivo se revisan y se "timbran" cada pocos años para evitar accidentes. Si empujamos un globo entre las manos vemos que rebota por efecto de la compresibilidad el aire (y elasticidad del globo), mientras que si apretamos una botella llena de agua no rebota del mismo modo. Eso sí, la compresibilidad de los gases, y del aire en particular puede despreciarse para las variaciones de presión que se manejan en aerodinámica veleros y molinos de viento (entre otros).

Y por último, tendríamos una presión diferencial. Una presión diferencial es una diferencia de presiones. Esto es lo que se manifiesta alrededor de una vela. Como el perfil de la vela altera la velocidad del aire a su alrededor, allí donde se frena se genera una sobre presión, y donde la velocidad es mayor, se genera una depresión -respecto de la presión estática reinante alrededor, en lo que sería el fluido sin perturbar-. Las presiones diferenciales que se manejan en aerodinámica de veleros son muy bajas. No tengo el dato concreto, pero deben ser del orden de algún cm de columna de agua.

Ya sé que lo de la "depresión" o "succión" en la parte convexa de la vela o en la superior del ala es difícil de visualizar. Los primeros aviadores se sorprendían de que la tela del ala se desprendiese por su parte superior (que se corresponde con el sotavento de la vela), pero es así. Si podemos visualizar que donde el aire o el agua se frenan generan una sobrepresión, ¿porqué no admitir que lo contrario también pasa, que si la velocidad es mayor que la del entrono se produce una depresión relativa?

Y hay una cosa más. Hay muchas teorías y principios físicos que afectan a la aerodinámica e hidrodinámica en general, con ecuaciones complicadas y modelos matemáticos que no terminan de corresponderse con la realidad, a lo mejor porque algunos parámetros de las fórmulas están mal determinados. El caso es que la manera de determinar las fuerzas -por presión diferencial- que generan los perfiles aerodinámicos a distintas velocidades, con distintos ángulos de ataque y demás, se hace todavía por experimentación en el túnel del viento.

En fin. Un lío.

[caribdis]

Originalmente publicado por Newton

Igual se están mezclando algunos conceptos.

Por una parte, está la velocidad de un fluido. Eso se ve con las lanitas o con humo, pequeñas partículas u otros inventos en los túneles de viento.

Por otra parte, está la presión estática. Esa es la que va cambiando cuando buceamos y hace que nos duelan los oídos si no compensamos. Es la que explica el teorema de Arquímedes aunque de una manera algo compleja. También, de manera menos evidente, es la presión atmosférica, que a nivel del mar tiene un valor, en lo alto del Everest otro valor más pequeño (y nos moriríamos porque no podríamos absorber el oxígeno del aire) y más arriba donde vuelan los aviones todavía menos presión absoluta o estática.

Otra cosa es la compresibilidad de los gases y la no-compresibilidad de los líquidos. Efectivamente, el aire puede comprimirse por ejemplo a 200 bar y ponerlo en una botella, y después lo iremos sacando. Hay mucha energía acumulada en una botella de gas a presión, y por ese motivo se revisan y se "timbran" cada pocos años para evitar accidentes. Si empujamos un globo entre las manos vemos que rebota por efecto de la compresibilidad el aire (y elasticidad del globo), mientras que si apretamos una botella llena de agua no rebota del mismo modo. Eso sí, la compresibilidad de los gases, y del aire en particular puede despreciarse para las variaciones de presión que se manejan en aerodinámica veleros y molinos de viento (entre otros).

Y por último, tendríamos una presión diferencial. Una presión diferencial es una diferencia de presiones. Esto es lo que se manifiesta alrededor de una vela. Como el perfil de la vela altera la velocidad del aire a su alrededor, allí donde se frena se genera una sobre presión, y donde la velocidad es mayor, se genera una depresión -respecto de la presión estática reinante alrededor, en lo que sería el fluido sin perturbar-. Las presiones diferenciales que se manejan en aerodinámica de veleros son muy bajas. No tengo el dato concreto, pero deben ser del orden de algún cm de columna de agua.

Ya sé que lo de la "depresión" o "succión" en la parte convexa de la vela o en la superior del ala es difícil de visualizar. Los primeros aviadores se sorprendían de que la tela del ala se desprendiese por su parte superior (que se corresponde con el sotavento de la vela), pero es así. Si podemos visualizar que donde el aire o el agua se frenan generan una sobrepresión, ¿porqué no admitir que lo contrario también pasa, que si la velocidad es mayor que la del entrono se produce una depresión relativa?

Y hay una cosa más. Hay muchas teorías y principios físicos que afectan a la aerodinámica e hidrodinámica en general, con ecuaciones complicadas y modelos matemáticos que no terminan de corresponderse con la realidad, a lo mejor porque algunos parámetros de las fórmulas están mal determinados. El caso es que la manera de determinar las fuerzas -por presión diferencial- que generan los perfiles aerodinámicos a distintas velocidades, con distintos ángulos de ataque y demás, se hace todavía por experimentación en el túnel del viento.

En fin. Un lío.

Y que opinas de la acción/reacción?

[Newton]

Originalmente publicado por caribdis

Y que opinas de la acción/reacción?

Pues opino que me costó mucho visualizarlas.

Porque las leyes de Sr Isaac aplican a un "cuerpo sólido", o a un "cuerpo aislado", y muchas veces se hace difícil "aislar el sólido" que queremos evaluar.

Si evaluamos las fuerzas exteriores que aplican sobre un velero y lo imaginamos moviéndose a una velocidad constante sobre el agua, entonces las fuerzas exteriores están igualadas, y conociendo unas podemos calcular otras.

Por eso se dice que la resistencia al avance ofrecida por el agua se iguala con la resultante hacia delante de todas las fuerzas que el viento ejerce sobre las velas y obra muerta, y de la misma manera, las fuerzas laterales generadas por el viento sobre las velas y la obra muerta se equilibran con la resistencia a la deriva que presenta el casco y sus apéndices.

Si pensamos en una moto de agua, de éstas que lanzan un chorro de agua hacia atrás para ir hacia delante, pues eso: la resistencia que el agua ejerce sobre el casco de la moto se iguala con la fuerza que la turbina hace al agua para lanzar el chorro hacia atrás.

Y, como explicaban al final del vídeo del cochecito que corría hacia sotavento, los molinos de viento funcionan porque frenan el aire con las aspas para obtener así energía del aire. O sea, que las aspas del molino hacen fuerza contra el aire de la misma manera -pero al revés- que el aire sobre las aspas del molino.

Cuando ves la amarra en el noray dices: "el barco tira del noray y el noray tira del barco; acción y reacción clarísima".

Pero claro, que el viento hace fuerza en la vela, pues sí, ya lo vemos todos, pero que la vela hace fuerza contra el viento... ... ... ... no hay quien lo vea. Pero es así.

En según qué casos el espí funciona parando el aire y enviándolo hacia abajo, lo que hace que empuje al barco hacia delante levantando la proa. Acción y reacción

[Zephyros]

Originalmente publicado por Newton

Pues opino que me costó mucho visualizarlas.

Porque las leyes de Sr Isaac aplican a un "cuerpo sólido", o a un "cuerpo aislado", y muchas veces se hace difícil "aislar el sólido" que queremos evaluar.

Si evaluamos las fuerzas exteriores que aplican sobre un velero y lo imaginamos moviéndose a una velocidad constante sobre el agua, entonces las fuerzas exteriores están igualadas, y conociendo unas podemos calcular otras.

Por eso se dice que la resistencia al avance ofrecida por el agua se iguala con la resultante hacia delante de todas las fuerzas que el viento ejerce sobre las velas y obra muerta, y de la misma manera, las fuerzas laterales generadas por el viento sobre las velas y la obra muerta se equilibran con la resistencia a la deriva que presenta el casco y sus apéndices.

Si pensamos en una moto de agua, de éstas que lanzan un chorro de agua hacia atrás para ir hacia delante, pues eso: la resistencia que el agua ejerce sobre el casco de la moto se iguala con la fuerza que la turbina hace al agua para lanzar el chorro hacia atrás.

Y, como explicaban al final del vídeo del cochecito que corría hacia sotavento, los molinos de viento funcionan porque frenan el aire con las aspas para obtener así energía del aire. O sea, que las aspas del molino hacen fuerza contra el aire de la misma manera -pero al revés- que el aire sobre las aspas del molino.

Cuando ves la amarra en el noray dices: "el barco tira del noray y el noray tira del barco; acción y reacción clarísima".

Pero claro, que el viento hace fuerza en la vela, pues sí, ya lo vemos todos, pero que la vela hace fuerza contra el viento... ... ... ... no hay quien lo vea. Pero es así.

En según qué casos el espí funciona parando el aire y enviándolo hacia abajo, lo que hace que empuje al barco hacia delante levantando la proa. Acción y reacción

En mi opinión no es tan complicado de visualizar. Simplifica pensando que la vela es una pared curva rígida que desvía el viento. Newton (el auténtico ) nos dice que un cambio en el módulo o dirección en el movimiento de un cuerpo (y se puede aplicar a un fluido) origina una fuerza: ya que hay aceleración aunque esa aceleración no sea sólo un cambio de velocidad en módulo sino también en la dirección. En definitiva, "esa pared" sufrirá presión positiva por barlovento.

Realmente lo veo como que la vela "encañona" el flujo de aire hacia popa, es lógico pensar en la reacción que produce al otro lado. Coge aparente de través o ceñida y lo rediríge hacia atrás, de forma que el velero se impulsa hacia delante. Pero el flujo de aire no se acelera en módulo para salir con más velocidad de la que entró por el gratil, al contrario, como cede parte de su energía cinética perderá incluso velocidad pero el tema está en el cambio de dirección, esa es la fuerza aplicada sobre el aire, en cambiar su dirección.

Y como es una reacción normal a la superficie de la vela en cada punto la descompondremos en dos, una transversal (equilibrada por la obra viva) y otra a favor del movimiento que quedará contrarrestada por el rozamiento siendo, como dices, resultante nula cuando la velocidad sea constante y no acelere el barco que es cuando se igualan las fuerzas. Cada punto de la vela entre los infinitos que hay en la superficie tiene sus vectores lo único que hablamos de la resultante aplicada en el centro vélico que para el análisis es equivalente como sabéis.

[jonam52]

si hablamos de flujos entonces si que parece que nos vamos entendiendo.

Respecto a la "aspiración" yo le invito al que quiera a que ponga una hoja de papel encima de la mesa y que le pegue unas lanitas o catavientos ligeros como si fuera una vela y luego con la aspiradora de casa que imite esa "aspiración" que nos dicen algunos que hay en la vela.... ¿a que se levantan las lanitas en dirección del aspirador antes que la hoja de papel?... pues eso... y si pones el aspirador para que se orienten como en la vela, entoces tienes que aspirar desde atras... y esa aspiración desde atras ahora te la imaginas en la vela y dices: ¡coño, pero si esto estaría frenando más que haciendo avanzar!

Ahora bien: si esto es cuestión de desviar un flujo y el flujo lo desvia tanto la cara de barlovento como la de sotavento... entonces eso ya es otra cosa y el ver los catavientos o lanitas en la vela como los vemos y los queremos llevar ya tiene un sentido logico y no hay que hacerse ideas complicadas y absurdas no?

pues eso... que al final no es tan complicado, lo que pasa que nos lo han explicado como no es.

[jonam52]

Originalmente publicado por Zephyros

En mi opinión no es tan complicado de visualizar. Simplifica pensando que la vela es una pared curva rígida que desvía el viento. Newton (el auténtico ) nos dice que un cambio en el módulo o dirección en el movimiento de un cuerpo (y se puede aplicar a un fluido) origina una fuerza: ya que hay aceleración aunque esa aceleración no sea sólo un cambio de velocidad en módulo sino también en la dirección. En definitiva, "esa pared" sufrirá presión positiva por barlovento.

Realmente lo veo como que la vela "encañona" el flujo de aire hacia popa, es lógico pensar en la reacción que produce al otro lado. Coge aparente de través o ceñida y lo rediríge hacia atrás, de forma que el velero se impulsa hacia delante. Pero el flujo de aire no se acelera en módulo para salir con más velocidad de la que entró por el gratil, al contrario, como cede parte de su energía cinética perderá incluso velocidad pero el tema está en el cambio de dirección, esa es la fuerza aplicada sobre el aire, en cambiar su dirección.

Y como es una reacción normal a la superficie de la vela en cada punto la descompondremos en dos, una transversal (equilibrada por la obra viva) y otra a favor del movimiento que quedará contrarrestada por el rozamiento siendo, como dices, resultante nula cuando la velocidad sea constante y no acelere el barco que es cuando se igualan las fuerzas. Cada punto de la vela entre los infinitos que hay en la superficie tiene sus vectores lo único que hablamos de la resultante aplicada en el centro vélico que para el análisis es equivalente como sabéis.

lo que cuesta más de visualizar es ese efecto a sotavento, creo que se refiere a eso... porque con lo de la pared te explicas el desvio de flujo a barlovento pero a sotavento cuesta más... sin embargo, que a sotavento hay una desviación del flujo hacia atras lo vemos clarisimamente en los catavientos que no se orientan hacia la supuesta aspiración sino a la dirección del flujo desviado por la vela y si se orientan de otra manera, perdemos fuerza velica.

Yo me lo imagino como si quisiera desviar la corriente de un rio con un perfil de lo que sea y digo: si lo pusiera a desviar la corriente tendría que hacer fuerza para mantenerlo ahi porque sino la corriente se llevaria el perfil hacia abajo... pues lo mismo que yo hago fuerza para mantener el perfil en su sitio, el perfil hace fuerza sobre mi. Entendiendo que el flujo crea una fuerza sobre el perfil por sus dos caras... y en cuanto eliminas los problemas de presiones y velocidades, se entiende muchisimo mejor.