Grupo Naturalista Taller de Física de Ciencias Naturales y Museo. UNLP

 Aplicar herramientas metodológicas aprendidas en el taller de física en un caso específico de biología : La sustentación en el aire de las aves.  Presentar una problemática de interés que estimule la formulación de preguntas y la aplicación de las herramientas físicas por NECESIDAD.  Enfocar en la utilización de modelos y sus limitaciones. ueeeep

 ¿Cuál sería el objeto de estudio?  ¿Cómo lo modelizarías?  ¿Marco de referencia?  ¿Sistema de coordenadas?

 Marco teórico Mecánica de Newton. Aplicada a fluidos, Teorema de Bernoulli  Herramientas Metodológicas  Objeto de estudio Un Ave  Modelo Ave como partícula primero y cuerpo rígido después. Aire como fluido ideal. Elemento de volumen  Marco de Referencia Inercial El suelo.  Sistema de Coordenadas. (X) horizontal (Y) vertical Escenario I Y + X +

Se supone un ave como partícula volando en equilibro. Se analizan sus interacciones

A T Ai Aplicando la 2da ley de Newton Ave ¿Con quién interactúa nuestro objeto de estudio? ¿Cómo explicamos la fuerza que hace el aire? La suma en y da:

En u n flujo estacionario de un fluido ideal la trayectoria de un elemento de volumen se representa gráficamente como una línea (línea de corriente) En un fluido incompresible, mayor cantidad de líneas de corriente en superficies iguales indica más velocidad de los elementos de fluido D C AB

Con el teorema de Bernoulli podemos relacionar la velocidad de los elementos de volumen y las presiones por encima y por debajo del ala del ave. D C AB V V P P Como en A y en D todos los parámetros son iguales (despreciamos por ínfima la diferencia de altura), podemos comparar C y B Podemos calcular la diferencia de presiones entre C y B

La fuerza del aire sobre el ave podremos escribirla como: D C AB V V P P

Multiplicando por el área obtenemos la fuerza del aire Volviendo al balance de fuerzas

Es necesario un análisis más complejo. Todo muy lindo, pero... ¿Cómo puede un avión volar invertido? El perfil del ala de los aviones acrobáticos es simétrico

Es el ángulo formado entre la dirección del flujo exterior y longitud característica del perfil. Experimentalmente se sabe que el ángulo de ataque es una variable relevante en la fuerza de sustentación

Si el ángulo de ataque del ala es relativamente alto, se pierde sustentación.

 Mayor curvatura  Mayor diferencia de velocidad  Mayor diferencia de presión  mayor sustentación. Perfiles finos: la cantidad de líneas de flujo por debajo y encima del ala son comparables. Ambos lados contribuyen por igual a al sustentación. Perfiles gruesos: hay regiones con diferentes sentidos de curvatura en la superficie inferior. Lo que indica la existencia de área con sobrepresión y áreas con succión. Por lo que esta sección no colabora con la fuerza neta. Los perfiles finos son mas eficientes para generar ascensión.  Las Aves Tienen Alas Finas y Curvas

 La superficie y forma de las alas.  La densidad del aire.  El ángulo de ataque.  Los efectos de la viscosidad y compresibilidad del fluido.

¿Qué consecuencias tendría respecto a la sustentación la aparición de turbulencias dentro de la capa límite y a qué podría deberse? Estamos afirmando que el flujo es laminar tanto por fuera como por dentro de la capa límite.

Re ≤ 2100 flujo Laminar Re ≥ 3000 Flujo Turbulento

Situar la transición de laminar a turbulenta en el punto óptimo, de forma que se pueda prolongar la capa límite laminar todo lo posible. además las aves tienen Otras estrategias para evitar El desprendimiento.

La pérdida de velocidad (aumenta la resistencia) se puede retrasar si se impide la separación de la capa de aire en el flujo laminar. El álula controla la aerodinámica q pasa por el ala e impide la separación temprana según aumenta el ángulo de ataque.