Este es un blog para todo aquel que, al margen de su relación con la física y la ciencia, le guste investigar y saber el porqué de las cosas que le rodean.
La ciencia nos aclara nuestras dudas
Todos hemos visto alguna vez, aunque sea por televisión, cómo despega un helicóptero y seguro que muchos se han preguntado alguna vez cómo el simple giro de unas aspas es capaz de elevar un aparato de varias toneladas. Pues la respuesta, como la de muchísimos interrogantes, nos la da la física y la ciencia y en este caso, la mecánica de fluidos de una forma muy sencilla.
¿Qué es la mecánica de fluidos?
Como primera consideración, para los no versados, se ha de saber que el aire es un fluido y por tanto, obedece las leyes de la física de fluidos y en concreto las dos que se van a utilizar para esta explicación: la Ecuación de Continuidad, descripción matemática del llamado efecto Venturi y la Ley de Bernoulli.
Entrando ya al tema en cuestión, para que un helicóptero se eleve ha de existir una fuerza que lo empuje hacia arriba. Esta fuerza proviene de la presión del aire bajo las aspas y la causa de que esta presión sea mayor que la existente sobre ellas, y por tanto exista una fuerza hacia arriba, es la inclinación de las propias aspas.
Cuando un fluido se mueve a través de una zona que se estrecha o agranda, su velocidad cambia de acuerdo con la ecuación de continuidad, que establece que el producto del área por la velocidad del fluido ha de ser constante: A1V1=A2V2. Así, si el área decrece (la zona se estrecha) el fluido se acelera y viceversa si el área crece.
En un helicóptero las aspas están inclinadas en la dirección contraria a la que se mueven y aunque el aire está estacionario, al moverse las aspas hacia él la situación es equivalente a si las aspas fuesen las estacionarias y el aire se moviese. Así, podemos teorizar sobre una corriente de cierta área de ataque A contra las aspas que, al encontrarse con la inclinación de estas se acelera como consecuencia de la disminución del área de ataque.
Por la misma razón, la corriente de aire sobre las aspas se frenará.
¿De qué trata la Ley de Bernoulli?
Ahora atendamos a la explicación de la Ley de Bernoulli, la cual dice que la presión un punto sólo difiere de otro en una cantidad proporcional a su altura y a su velocidad. Matemáticamente sería algo así: P1=P+p·g·h+1/2·p·v2, donde p es la densidad del aire y g la aceleración de la gravedad.
Así, y despreciando el término de la altura por ser insignificante, encontramos que la presión bajo las aspas es mayor que sobre ellas por el hecho antes explicado de que el aire se mueve a mayor velocidad.
Y finalmente, teniendo en cuenta que la presión es una medida de la fuerza por unidad de superficie, obtenemos como resultado la existencia de una fuerza neta hacia arriba cuyo valor es la diferencia de presión entre las partes inferior y superior de las aspas multiplicada por el área que cubre la circunferencia del rotor.
