Una vela no es el ala de un avión.

[Zephyros]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

jiauka y caribdis tenéis más paciencia que el santo Job

[jonam52]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

Algo muy evidente para demostrar que las presiones varían en distintos puntos de un fluído, incluso si es incompresible: los barcos flotan debido a ello.

No flotan por "Arquímedes", flotan porque la presión en el agua aumenta con la profundidad.

Si tenemos un cubo de un metro de lado completamente sumergido en el mar, la presión en su fondo es superior a la presión en su cara superior. En cuanto? la presión en cada punto es igual a la densidad del agua por la distancia a la superficie, y como la cara inferior está un metro más profunda, la diferencia será de la densidad del agua multiplicada por un metro.1.025 kg/m3 x 1 m

La fuerza en toda la cara es presión por superficie, luego la diferencia entre la existente entre la que se ejerce (hacia abajo) en la cara superior (hacia arriba) es exactamente de 1.025 kg/m3 x 1 m x 1 m2. Que son 1.025 kilogramos fuerza, exactamente el peso del volumen que ocupa el cubo si estuviera lleno de agua.

Seguro que la wikipedia lo explica mejor:

https://es.m.wikipedia.org/wiki/Flotabilidad

vale, lo intento otra vez... me estas hablando del agua que tiene una densidad 1000 veces mayor que el aire y me dices que a más profundidad más presión... por supuesto, es lo que tiene la gravedad... cuanta más agua tengas encima más pesa y más te presiona, evidentemente...

Pero si eso lo aplicas al aire, la presión atmosferica, es decir, el peso del aire que tienes por encima tuyo, tienes que irte a diferencias de altura muy grandes (comparado con el agua) para ver una disminución significativa de presión, porque el aire pesa muy poco comparado con el agua (densidad 1000 veces menor).
Llena de agua una botella de 1 litro y luego con una bomba intenta meter más de un litro de agua.... es imposible, antes rompes la botella aunque sea de titanio que conseguir meter 1 mililitro más cuando ya esta llena. El agua es incompresible, no se puede comprimir. A más profundidad aumenta la presión sobre la lata evidentemente, pero no es el agua la que se comprime. En una vela que está a nivel del mar, la presión atmosferica es la misma en las dos caras... no hay diferencia de altura como si hay diferencia de profundidad en la lata. ¿se puede calcular la diferencia de presión entre la cubierta de un velero y la parte superior del mastil? si, claro, pero ¿esa minima diferencia de presión que nos aporta en esta cuestión?.

[jonam52]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

La Nasa en los enlaces que se han puesto no dice nada equivocado, lo equivocado es lo que tu estás entendiendo.

Explícanos bien lo de que en un fluído incompresible no puede haber diferencia de presiones de un punto a otro.

lo del agua ya lo he explicado, pero la cuestión interesante de lo que dice la Nasa es que aunque haya una diferencia de presión entre ambas caras de un ala, si resuelves las ecuaciones aplicando bernoulli resulta que la sustentación es mucho mayor que el resultado que has obtenido y por lo tanto, no se puede explicar por ahi porque la realidad te lo niega.

Este punto, cuando estás acostumbrado a trabajar con gases, caudales, presiones, velocidades, etc... como es mi caso, resulta que me viene a confirmar lo que yo he pensado de la explicación de la fisica de los veleros desde el minuto 1... que no puede ser asi.

Lo que pasa es que tanto hablar de los aviones y tanta gente repitiendo lo mismo te hace dudar de lo que tu ya sabes... porque en la fisica no puede haber contradicciones y si las hay se tienen que poder explicar. Aqui la cuestión es que nos lo han estado contando como no es y si alguno protesta se le dice que es un ignorante y que se calle cuando hablan los mayores... no señor, eso no es asi.

La Nasa lo dicen bien clarito: si haces los calculos de la fuerza resultante aplicando Bernoulli resulta que es mucho menor que la fuerza de sustentación real de un ala y por lo tanto esa no puede ser la explicación... explicame esto si puedes sin que la explicación sea que no lo estoy entendiendo bien porque más claro no se puede decir y yo tonto no soy y de gases se bastante.

[caribdis]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

vale, lo intento otra vez... me estas hablando del agua que tiene una densidad 1000 veces mayor que el aire y me dices que a más profundidad más presión... por supuesto, es lo que tiene la gravedad... cuanta más agua tengas encima más pesa y más te presiona, evidentemente...

Pero si eso lo aplicas al aire, la presión atmosferica, es decir, el peso del aire que tienes por encima tuyo, tienes que irte a diferencias de altura muy grandes (comparado con el agua) para ver una disminución significativa de presión, porque el aire pesa muy poco comparado con el agua (densidad 1000 veces menor).
Llena de agua una botella de 1 litro y luego con una bomba intenta meter más de un litro de agua.... es imposible, antes rompes la botella aunque sea de titanio que conseguir meter 1 mililitro más cuando ya esta llena. El agua es incompresible, no se puede comprimir. A más profundidad aumenta la presión sobre la lata evidentemente, pero no es el agua la que se comprime. En una vela que está a nivel del mar, la presión atmosferica es la misma en las dos caras... no hay diferencia de altura como si hay diferencia de profundidad en la lata. ¿se puede calcular la diferencia de presión entre la cubierta de un velero y la parte superior del mastil? si, claro, pero ¿esa minima diferencia de presión que nos aporta en esta cuestión?.

Lo único que te quiero decir con la explicación real de Arquímedes o los experimentos para niños con los folios es que SI que hay diferencias de presión en los fluìdos de un punto a otro, sean o no compresibles.

[caribdis]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

lo del agua ya lo he explicado, pero la cuestión interesante de lo que dice la Nasa es que aunque haya una diferencia de presión entre ambas caras de un ala, si resuelves las ecuaciones aplicando bernoulli resulta que la sustentación es mucho mayor que el resultado que has obtenido y por lo tanto, no se puede explicar por ahi porque la realidad te lo niega.

Este punto, cuando estás acostumbrado a trabajar con gases, caudales, presiones, velocidades, etc... como es mi caso, resulta que me viene a confirmar lo que yo he pensado de la explicación de la fisica de los veleros desde el minuto 1... que no puede ser asi.

Lo que pasa es que tanto hablar de los aviones y tanta gente repitiendo lo mismo te hace dudar de lo que tu ya sabes... porque en la fisica no puede haber contradicciones y si las hay se tienen que poder explicar. Aqui la cuestión es que nos lo han estado contando como no es y si alguno protesta se le dice que es un ignorante y que se calle cuando hablan los mayores... no señor, eso no es asi.

La Nasa lo dicen bien clarito: si haces los calculos de la fuerza resultante aplicando Bernoulli resulta que es mucho menor que la fuerza de sustentación real de un ala y por lo tanto esa no puede ser la explicación... explicame esto si puedes sin que la explicación sea que no lo estoy entendiendo bien porque más claro no se puede decir y yo tonto no soy y de gases se bastante.

Ya te lo he dicho antes, una cosa es explicar algo y otra calcularlo con exactitud.

Los enlaces divulgativos de la Nasa acotan perfectamente cuando se puede aplicar Bernouilli y cuando no.

Se puede aplicar cuando conocemos con exactitud las velocidades. La Nasa no niega que Bernouilli funcione, como dices tú.

Las diferencias de velocidad existen en las dos caras de un perfil, que provocan diferentes presiones y una fuerza conjunta perpendicular al flujo (no claramente intuitiva).

La teoría clásica de las alas de Ludwig Prandtl calcula con exactitud esa fuerza, al menos para formas geométricas bien definidas.

Pero no creo que el objeto de esta discusión sea obtener un cálculo exacto de las fuerzas implicadas, cosa que se puede hacer por otra parte de forma directa o mediante modelos, túneles de viento y canales hidrodinámicos.

Creo que el objeto de esta discusión es entender por que un velero navega, por que navega contra el viento y por que es capaz incluso de superar la velocidad del viento. Entender, no calcular con exactitud y para cualquier caso.

[jonam52]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

vale, que hay diferencia de presion entre barlovento y sotavento no lo he negado nunca, ni la nasa lo niega... la cuestión es que la menor presión a sotavento no la crea la vela... eso es lo que se ve en los tuneles de viento y lo que nos dice la aeronautica que pasa a velocidades inferiores a la del sonido... y además la nasa tambien nos dice que la fuerza que genera esa diferencia de presión no es suficiente para explicar la magnitud de la fuerza velica que es muy superior....

luego, volviendo al origen del hilo como tu pides: un velero no es un avion, una vela no crea depresión en el aire, el aire no se acelera a sotavento, la sustentación es para los aviones y no para los veleros y la fuerza velica se explica por un cambio en la dirección del flujo y no por presiones ni cosas raras.

Basta ya de milongas y efectos magicos inventados.

PD. Tampoco voy a comprar cola "coanda" para pegar lo que no está despegado.

[jonam52]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

hago un esfuerzo más para explicar lo de la aceleración del viento

van dos coches por la autopista en paralelo a 100 km por hora y de repente uno frena y se queda a 50... el otro se aleja hacia adelante a 50 km/h más rapido, evidentemente.

La fisica teorica nos dice que eso que pasa ahi pasaria igual si el otro coche acelerara a 150 km/h porque el otro se alejaría exactamente igual que cuando el primero frena.

Ok, muy bien, perfecto señor fisico teorico. Pero en el mundo real tambien nos interesa saber si es que uno ha frenado o es el otro que ha acelerado porque si es cuestión de frenar habrá que comprar frenos mejores y si es cuestión de acelerar habra que cambiar el motor ... y eso ya no es lo mismo por más que el señor teorico se empeñe en que si (es que el no va a pagar ni los frenos ni el cambio de motor)

Pues lo mismo en una vela, no es lo mismo decir que la diferencia de presión se produce porque en una cara la velocidad del flujo se reduce que decir que la diferencia se produce porque en la otra el flujo se acelera... sobre todo cuando te enseñan un video de un tunel de viento de la Universidad de Cambridge en el que se ve la reduccion de velocidad en una cara pero no se ve la aceleración en la otra y ademas te dicen que a velocidades inferiores a las del sonido no es posible ese efecto.... Asi pues, no me vengas a aplicar a los veleros efectos que solo se producen a velocidades sonicas o supersonicas y no me vendas motores cuando necesito frenos, digo yo...

[caribdis]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

Vale, se frena más en una cara que en la otra, en la que también se frena ligeramente. En conjunto, pero cerca del borde de ataque el flujo se acelera.

Aún así, las velocidades son diferentes y las presiones diferentes, presión al nivel del mar normal 1013 hPa, en la cara de sotavento se acelera según zonas y bajará la presión, tal vez a 1000, y en barlovento se frena más y sube hasta 1025, por dar unas cifras..

Ya tienes menos presión en sotavento que en barlovento, y lo que se ha estudiado en los túneles de viento es que esa presión diferencial está distribuída creando fuerzas que son de succión y bastante elevadas en sotavento y de presión bastante más bajas en barlovento.

Son las fuerzas reales que se pueden medir, como la cuchara que se acerca al chorro. El viento no puede empujar a una vela en ceñida, claramente la succiona, por diferencia de presiones, no porque la presión en sotavento sea de 1000 hPa. No lo necesita.

Que esa distribución de fuerzas sea en realidad expresión de reacción por el flujo que ha cambiado de dirección? En el ejemplo de la cuchara, el chorro se aleja de su dirección normal y la cuchara, contraintuitivamente, se mueve en dirección contraria. El principio de acción y reacción no es especialmente intuitivo.

Las dos cosas pasan, y hay seguro que revisar las explicaciones que se dan, el vénturi entre génova y mayor no es cierto, por ejemplo, pero no descartes el efecto Coanda porque es una simple prueba del principio de acción y reacción.

[jonam52]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

Vale, se frena más en una cara que en la otra, en la que también se frena ligeramente.

Pero las velocidades son diferentes y las presiones diferentes, presión al nivel del mar normal 1013 hPa, en la cara de sotavento se frena ligeramente y sube a 1015, y en barlovento se frena más y sube hasta 1025, por dar unas cifras..

Ya tienes menos presión en sotavento que en barlovento, y lo que se ha estudiado en los túneles de viento es que esa presión diferencial está distribuída creando fuerzas que son de succión y bastante elevadas en sotavento y de presión bastante más bajas en barlovento.

Son las fuerzas reales que se pueden medir, como la cuchara que se acerca al chorro. El viento no puede empujar a una vela en ceñida, claramente la succiona, por diferencia de presiones, no porque la presión en sotavento sea de 1000 hPa. No lo necesita.

Que esa distribución de fuerzas sea en realidad expresión de reacción por el flujo que ha cambiado de dirección? En el ejemplo de la cuchara, el chorro se aleja de su dirección normal y la cuchara, contraintuitivamente, se mueve en dirección contraria. El principio de acción y reacción no es especialmente intuitivo.

Las dos cosas pasan, y hay seguro que revisar las explicaciones que se dan, el vénturi entre génova y mayor no es cierto, por ejemplo, pero no descartes el efecto Coanda porque es una simple prueba del principio de acción y reacción.

vale, nos vamos acercando Caribdis... lo que creo que te falta por entender es que el flujo del aire si que puede empujar a sotavento de una vela en ceñida y eso para cualquiera que trabaje con gases es el 2+2 son 4 y no se extraña por más que sea anti-intuitivo... las particulas del gas en movimiento libre en todas direcciones tambien "golpean" a sotavento y producen una reacción como fuerza de magnitud igual pero de sentido contrario... ahi esta el quiz del asunto. Por eso la cara de sotavento crea fuerza velica y el ala sustentacion por su parte superior, una fuerza que es superior a la simple diferencia de presion. Excepto en el caso del transbordador espacial a velocidades hipersonicas y alturas de mas de 8000 metros donde no hay suficientes particulas de aire para crear sustentacion en la parte superior...

no he encontrado información sobre a qué velocidades un ala puede crear un vacio momentaneo por el hecho de desplazar una masa de aire y que el aire no tenga tiempo de volver a "rellenar" ese espacio, entiendo que es cerca de la velocidad del sonido pero no lo se realmente... en todo caso son velocidades muy superiores a la de los veleros y por eso mi protesta por la comparación sin más reflexión.

[caribdis]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

Yo creo que analizas mal lo que pasa en el vídeo de Cambridge



Los pulsos de humo salen retrasados del perfil con respecto al flujo inalterado, pero porque recorren más longitud.

Las velocidades del flujo aumentan claramente en la entrada del perfil, sobre todo las que están cerca del stagnation point o punto de separación, porque deben evitar muy rápidamente el borde de ataque del perfil.

Esto produce unos aumentos de velocidad significativos que dan lugar a la distribución de presiones comprobada en los túneles:




Piensa en lo que pasa en la proa de un gran petrolero, el agua en reposo debe moverse a gran velocidad para apartarse de la proa, y eso crea una ola que va moviendo capas más alejadas. En la popa del barco los flujos se igualan y el agua queda quieta de nuevo, pero las velocidades que ha adquirido para superar la proa son innegables.

[jonam52]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

pues lo de que el flujo recorre un camino más largo a sotavento te lo compro porque eso se ve en el video que es asi, no acabo de ver la aceleración porque si que llega algo más retrasado que el flujo original pero al recorrer más distancia se mantiene la velocidad, pero no se acelera. Eso se ve muy claro por ejemplo en los rios donde una piedra afecta al flujo y las ondulaciones empiezan antes de llegar el agua a la piedra porque el flujo transmite información aguas arriba. En el caso de la vela, el viento tambien siente la vela antes de llegar a ella y empieza a cambiar de dirección antes de llegar a ella. Eso se ve muy claro en el video.

Para hablar de lo otro hay que ir a la "letra pequeña" para que nos digan esa distribución de presiones a qué velocidad de flujo corresponde porque me temo que va a ser a velocidades cercanas al sonido y muy lejos de las nuestras....

de todas formas queda un obstaculo grande a superar... que la fuerza resultante sea muy superior en la realidad que la que se calcula por diferencia de presión...

[jonam52]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

Mira, esto he sacado de un proyecto de fin de grado de la Escuela Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad de Cantabria.
Despues de analizar las diferentes teorias erróneas sobre la sustentación que sería demasiado largo de poner aqui y de explicar porque no se debe aplicar Bernoulli en este tema, al igual que lo hace la NASA, dice lo siguiente a modo de resumen:
"24
La teoría aceptada es la del flujo descendente, que se basa también en la aplicación de la tercera ley de Newton. El aire que fluye tanto por el extradós como por el intradós es empujado continuamente hacia abajo, debido a la propia forma del perfil, generando una fuerza descendente. Debido a la tercera ley de Newton se genera una fuerza de reacción a esta fuerza descendente, de forma que la componente normal de dicha reacción es la fuerza de sustentación."
"La fuerza de sustentación se entiende como una fuerza de reacción a la fuerza originada por el flujo descendente"

Eso no niega que haya diferencia de presiones, lo que dice es que la "sustentación" no se explica por diferencia de presiones sino por un flujo que es desviado y que tambien por el estrados empuja hacia abajo... por supuesto a velocidades subsonicas... a mayores velocidades ya nos da igual lo que pase. Y tambien sigo insistiendo: si el aire por el extrados empuja hacia abajo, no necesitamos cola "coanda" para mantenerlo "pegado" al ala.

https://ibb.co/6BhsNPQ

[jiauka]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

Mira, esto he sacado de un proyecto de fin de grado de la Escuela Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad de Cantabria.
Despues de analizar las diferentes teorias erróneas sobre la sustentación que sería demasiado largo de poner aqui y de explicar porque no se debe aplicar Bernoulli en este tema, al igual que lo hace la NASA, dice lo siguiente a modo de resumen:
"24
La teoría aceptada es la del flujo descendente, que se basa también en la aplicación de la tercera ley de Newton. El aire que fluye tanto por el extradós como por el intradós es empujado continuamente hacia abajo, debido a la propia forma del perfil, generando una fuerza descendente. Debido a la tercera ley de Newton se genera una fuerza de reacción a esta fuerza descendente, de forma que la componente normal de dicha reacción es la fuerza de sustentación."
"La fuerza de sustentación se entiende como una fuerza de reacción a la fuerza originada por el flujo descendente"

Eso no niega que haya diferencia de presiones, lo que dice es que la "sustentación" no se explica por diferencia de presiones sino por un flujo que es desviado y que tambien por el estrados empuja hacia abajo... por supuesto a velocidades subsonicas... a mayores velocidades ya nos da igual lo que pase. Y tambien sigo insistiendo: si el aire por el extrados empuja hacia abajo, no necesitamos cola "coanda" para mantenerlo "pegado" al ala.



https://ibb.co/6BhsNPQ

Y? Según tú eso no aplica a veleros, no? Ya que no parecen en nada a 1 ala...

si es incompresible no puede haber diferencias de presiones. ...

Y cuando puedas nos cuentas esta teoría tuya según la cual en 1 liquido -como es incompresible - no hay diferencia de presión, vamos que en el fondo del mar tenemos la misma presión que a 1 metro de la superfície, no?

[jonam52]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

Y? Según tú eso no aplica a veleros, no? Ya que no parecen en nada a 1 ala...



Y cuando puedas nos cuentas esta teoría tuya según la cual en 1 liquido -como es incompresible - no hay diferencia de presión, vamos que en el fondo del mar tenemos la misma presión que a 1 metro de la superfície, no?

justamente, eso mismo se aplica a los veleros, no la diferencia de presión sino el hecho de desviar el flujo. La vela desvia el flujo por las dos caras y eso crea una fuerza velica en dirección perpendicular al flujo, a barlovento y a sotavento...

mira, en el fondo del mar el peso del agua presiona a los objetos pero el agua misma no aumenta de presión porque es imcompresible. Cuando un buzo respira a cierta profundidad y llena sus pulmones de aire no puede subir a la superficie porque ese aire se expandiria y lo reventeria... sin embargo puedes llenar una botella de agua en el fondo del mar y sacarla sin que le pase nada porque el agua no está comprimida. Bueno, extrictamente un pelin si, pero es tan poco que no se tiene en cuenta.

[jonam52]

Re: Una vela no es el ala de un avión.

si quieres aplicar la aeronautica a los veleros lo tienes que hacer de forma correcta y no coger cosas que funcionan en aviones a velocidades cercanas al sonido y superiores y aplicarlo directamente a una vela...

si explicas correctamente como funciona un ala a velocidad de una avioneta entonces si que lo puedes aplicar a la vela... ojo, pero a la vela solo, el velero no es solo vela, es vela y casco.