Física de la Atmósfera
Lo primero y más importante de un avión es que vuela, aunque parezca una tontería, debemos tener siempre MUY claro por qué vuela un avión. Así pues, para saber por que vuela un avión debemos conocer el medio mediante el cual vuela y este no es otro que la Atmósfera.
Vamos a ver como afecta en un avión la atmósfera y como se comporta éste. Lo primero; que es la atmósfera? bueno, muchos ya lo debéis saber, básicamente la atmósfera es la capa gaseosa (de aire como decimos vulgarmente) que envuelve la tierra y está compuesta por varios tipos de gases, básicamente el Nitrógeno y el Oxígeno además de un buen numero de otros tipos de gases, pero en mucha menor cantidad. Las características principales del aire ( o la atmósfera ), son su Presión, su Densidad y su Temperatura.
La Presión Atmosférica es el peso del aire por unidad de superficie, os pongo un ejemplo curioso, imaginemos que tomamos un folio como unidad de superficie, y que ponemos un paquete de folios en una mesa, es muy fácil deducir que el folio que está mas abajo del paquete está soportando más peso que el folio que esta justo encima del paquete, incluso lo puedes probar con una hormiga, si la pones debajo del primer folio seguramente esta se escapará sin más dificultades, pero si la pones debajo de todos los folios CHAF!! no creo que salga. Diciendo pues que la atmósfera se comporta de forma similar deducimos pues que la presión disminuirá a medida que ganemos altitud y aumentará a medida que disminuyamos nuestra altitud.
Otra característica es la que descubrió Boyle
Mariotte, este científico demostró que si no variaba la temperatura de un gas, este ocupaba
menos volumen en un recipiente si se le comprimía, deduciéndose la siguiente fórmula:
Presión
x Volumen = Constante.
Así mismo Gay Lussac estudió la
dilatación de los Gases, probó que si un gas a presión constante se le aplicaba calor,
el gas se dilataba aumentando su volumen proporcionalmente a la temperatura, deduciendo el
comportamiento de los gases y dando la fórmula:
Presión x Volumen = K x Temperatura
= Constante
siendo K una constante dependiente del tipo de gas. Otra propiedad es
la Densidad (d), sea de un gas, un sólido o un líquido, es la Masa (M) de un
cuerpo por unidad de Volumen (V), d=M/V entonces se deduce que:
Presión
= Densidad x K x Temperatura = Constante
Estos factores son los que influyen de
forma notoria en la sustentación del avión y en el rendimiento de los motores. Entonces
debemos tener en cuenta que la Presión del Aire disminuirá con la Altura, así mismo en
la atmósfera, la Temperatura también disminuye con la Altura, unos 6º C cada
1.000 metros
hasta que llega a -55º C en que queda constante, teniendo en cuenta que con la altura
también disminuirá la densidad aunque la temperatura también disminuya deducimos que la
presión sufrirá una drástica disminución afectando esto a la sustentación del avión.
Es muy importante para los pilotos tener en cuenta estos efectos, sobre todo en verano y
en aeródromos situados a grandes altitudes. El primer efecto que se notará es que con el
mismo peso de siempre un avión necesita más pista (velocidad) para generar sustentación
y despegar con el consiguiente peligro de entrar en pérdida a una velocidad que en
invierno nos daba la suficiente sustentación.
La Atmósfera Estándar (I.S.A.)
La OACI (Organización Internacional de Aviación Civil) ha definido el concepto de Atmósfera Estándar (ISA) para poder referenciar las actuaciones de cada avión tomando como referencia el nivel del mar, temperatura 15º C y con una presión de 760 mm de mercurio (1.013 milibares o 29.92 pulgadas) en esta atmósfera estándar la temperatura disminuye 6.5º C cada 1.000 metros (1.98º C dada 1.000 pies) hasta 11 kilómetros de altitud (36.090 pies) a partir de la cual la temperatura es constante a -56,5º C. Normalmente los manuales de los aviones vienen tabulados para esta atmósfera ISA. Así mismo si nos encontramos que a nivel del mar tenemos 35º C, existen tablas para poder deducir la presión y o altitud de referencia para saber como se comportará el avión. Uno de los indicadores más importantes que se verá directamente afectado por estas condiciones es el Altímetro. Ya que durante un vuelo siempre cambian las condiciones meteorológicas se decidió tomar una presión de referencia cuando se está en vuelo para que así todos los aviones lean la misma altitud, ésta es 29.92 pulgadas o 1.013 milibares así tengan las condiciones atmosféricas que tengan dos aviones a la misma altitud tendrán la misma lectura en el Altímetro. Cuando se actúa en estas condiciones no se habla de alturas si no de Niveles de Vuelo.
Sustentación
Como se origina la sustentación?
Pues bueno, es
gracias a dos principios físicos, el teorema de Bernouilli dice que:
Presión + Velocidad = Constante
o sea que si una partícula de aire aumenta su
velocidad disminuirá su presión así como si disminuye su velocidad aumentará su
presión y el efecto Ventury dice que cuando una partícula atraviesa un
estrechamiento la velocidad de ésta aumenta y la presión disminuye,
Presión =
Presión Atmosférica + (Densidad x Velocidad2) = Constante
Además
influyen efectos de rozamiento, afectando todo esto a los perfiles de las alas y las
partículas del aire que están en contacto con ellas, que son a las que se les aplican
todos estos efectos. (Recuerda que estamos viendo como se comporta el aire y sus
partículas.
(para ver esta animación debes descargarte el
visor de Flash)
Unidades de Medida
Tabla de Unidades de Medida
Magnitudes Unidades OACI Unidades Tabla Azul Distancia empleada en la navegación, notificación de posición, etc. (Por regla general más de 2 a 3 millas marinas) Millas marinas y décimas Millas Marinas y Décimas Distancias relativamente cortas, tales como las relativas a los aeródromos (por ejemplo, longitudes de pistas) Metros Metros Altitudes, elevaciones y alturas Metros Pies Velocidad horizontal, incluso la velocidad del viento Nudos Nudos Velocidad vertical Metros por Segundo Pies por minuto Dirección del viento para el despegue y el aterrizaje Grados magnéticos Grados Magnéticos Dirección del viento, excepto para el despegue y el aterrizaje Grados geográficos Grados geográficos Visibilidad, incluso visualidad de la pista Kilómetros o metros Kilómetros o metros Reglaje del altímetro Milibares Milibares Temperatura Grados Celsius (centígrados) Grados Celsius (centígrados) Peso Toneladas métricas o kilogramos Toneladas métricas o kilogramos Tiempo Horas y minutos comenzando el día a medianoche, hora media de Greenwich Horas y minutos comenzando el día a medianoche, hora media de Greenwich Millas marinas internacionales, cuya conversión a metros es de: 1 milla marina internacional = 1.852 metros Ojo, que en España se usa la tabla azul, pero en otros países no.
Equivalencias más usadas
1 metro = 3,3 pies
1 pie = 0,3 metros
1 kilometro =0,54 millas náuticas
1 milla náutica = 1,852 km. o 1.852 metros
1 kilometro = 0,63 millas terrestres
1 milla terrestre = 1,609 km. o 1.609 metros
1 centímetro = 0,4 pulgadas
1 pulgada = 2,5 centímetros
1 litro = 0,26 galones americanos
1 galón americano = 3,8 litros
1 litro = 0,22 galones imperiales
1 galón imperial = 5,54 litros (en UK)
1 kilogramo = 2,2 libras
1 libra = 0,45 kilogramos
Para demostrar en el simulador las teorías de la física de la atmósfera, lo podemos hacer de muchas formas, una entre muchas que se os pueden ocurrir es por ejemplo fijarnos en el termómetro y ver si realmente va bajando unos 6 grados Centígrados cada mil metros aproximadamente hasta llegar a -55 grados centígrados. Otra forma seria viendo a una altitud por ejemplo de mil pies a que velocidad entra en pérdida el avión, y hacer la misma prueba a mucha mas altitud. Otra también podría ser ver cuanta pista necesitamos para levantar el avión en un aeródromo situado a gran altitud.