AERODINÀMICA

L'aerodinàmica és la branca de la mecànica de fluids que estudia les accions que apareixen sobre els cossos sòlids quan existeix un moviment relatiu entre aquests i el fluid que els banya, en aquest cas, un gas. Les anomenades lleis de l’aerodinàmica expliquen el vol d’objectes més pesats que l’aire.

La llei de Bernoulli ens diu que si augmenta la velocitat de les partícules d’aire, serà perquè ha disminuït la seva pressió i a l’inrevés, és a dir, per a cada parcel·la d’aire, l’alta pressió implica baixa velocitat i la baixa pressió implica alta velocitat.

El teorema de Bernoulli es pot expressar amb les següents fórmules:

𝜌 +1/2· 𝑑 · 𝑣2 = 𝑘 𝜌𝑑 =1/2· 𝑑 · 𝑣2

Un altre científic, Giovanni Battista Venturi, va comprovar que al passar per un lloc estret les partícules d’un fluid augmenten la seva velocitat, efecte Venturi. Per aquesta raó, les ales de l’avió estan dissenyades de manera que genera una diferència de velocitat entre l’aire que va per la cara superior de l’ala de l’avió (extradós) i el que va per la cara inferior (intradós).

L’ala produeix un flux d’aire a proporció del seu angle d’atac i a la velocitat que es mou l’ala respecte a la massa que la rodeja. D’aquest flux d’aire, el que va per la part superior de perfil tindrà una major velocitat (efecte Venturi) que el que passarà per la part inferior. Aquesta major velocitat implica menor pressió (efecte Bernoulli).

La llei del moviment de Newton ens diu que per cada força d’acció hi ha una força de reacció igual però amb intensitat de sentit contrari. Per això, la part superior de l’ala suporta menys pressió que la part inferior. Aquesta diferència de pressions produeix una força aerodinàmica que empeny a l’ala de la zona de major pressió (part inferior) a la zona de major pressió (part superior).

A més a més, el corrent d’aire que va a una major velocitat per la part superior de l’ala, en col·lidir amb la que flueix per la zona inferior, l’empeny cap avall, produint-se una força cap amunt. La suma d’aquestes dues forces, anomenada força de sustentació, és la que manté a l’avió a l’aire.

La fórmula de la força de sustentació és la següent:

𝐹. 𝑆𝑢𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó = 1/2 · 𝜌 · 𝑣2 · 𝑆 · 𝐶𝐿

També actua el pes, la força d’empenta o de tracció i la força resistència. El pes3 és el resultat de la força d'atracció que exerceix la gravetat sobre tots els cossos situats sobre la superfície de la terra, atraient-los cap al seu centre. La força de gravetat s'oposa a l'aixecament o sustentació a l'avió, tant a terra com durant el vol.

𝑃𝑒𝑠 = 𝑚 · 𝑔

La força d'empenta o tracció és la que proporcionen els motors de l'avió per mitjà de l'hèlix o per reacció a raig. La força d'empenta permet a l'avió moure a través de la massa d'aire i és oposada a la força de resistència. Perquè l'avió es pugui mantenir en vol, la força d'empenta ha

d'igualar a la força de resistència que s'oposa al seu moviment.

La resistència és la força que s'oposa al moviment dels objectes submergits en un fluid. Des del punt de vista físic, tant l'aigua com els gasos es consideren fluids. De manera que l'aire, en ser un gas, es considera també un fluid. La resistència aerodinàmica, que s'oposa al desplaçament dels objectes quan es desplacen a través dels fluids, la produeix la fricció i depèn, en major o menor grau, de la forma i rugositat que posseeixi la superfície de l'objecte, així com de la densitat que posseeixi el mateix fluid.