Newton fa caure pomes... i volar avions

Suposo que entre el títol del post, i el comentari que vaig fer l'altre dia ja tothom és capaç d'endevinar què intentarem entendre avui.

Si expliqueu a qualsevol persona que no hagi vist mai un avió, que existeixen aparells fets (quasi) exclusivament per peces metàl·liques, tancats de manera absolutament hermètica i plens de gent i equipatge que poden volar de manera controlada i durant estona perllongada... com a mínim es posaran a riure i us titllaran de bojos.

Si qualsevol objecte terrestre per petit i lleuger que sigui, sempre té tendència a caure? Com hem pogut aconseguir que monstres com els últims avions que s'estan dissenyant puguin estar surcant els espais eteris durant hores i hores???

RECORDANT VELLS TEMPS....

Per començar a entendre-ho tot plegat (qui sap si d'aquesta manera potser perdeu la por a volar, aquells que encara n'hi tingueu), hem de retrocedir en el temps i tornar als respectius instituts. Concretament, viatgem fins a una d'aquelles soporíferes classes de física en que se'ns dictaven les tres lleis que no podíem oblidar mai més: les de Newton. Qui us ho havia de dir, que les necessitaríeu, oi?

Concretament, marxem fins el punt en que el nostre professor o professora deia:

"Si el cos A efectua sobre el B una força, aquest n'hi retornarà una que tingui la mateixa direcció i intensitat però sentit totalment oposat."

És a dir, la 3a LLEI DE NEWTON. Explicada d'aquesta manera pot semblar molt complicada i inaccessible, però com sempre passa... podem mirar d'apropar-nos-hi d'una altra manera.

VOSALTRES MATEIXOS

Per començar aquest experiment, que recordeu que sempre que volgueu pot esdevenir real, us heu de situar en una esplanada on no hi hagi pendents i llisa. Una pista de patinatge, vaja. No ho podreu fer sols, necessitareu un amic. Bé, un bon amic que sinó podeu acabar lesionats.

Una vegada ja sou a l'esplanada, l'amic i vosaltres us poseu els patins. Un dels dos queda quiet i l'altre es queda davant seu. L'experiment consisteix en una cosa tan bàsica com que un dels dos emputxi a l'altre. Posem, per cas, que sou vosaltres els que emputxeu al vostre amic (sempre és més divertit si empuntxes, que si ets emputxat, no? :p)

Què ha passat? El vostre company, ha sortit despedit enrere (si éreu vosaltres qui emputxava) però vosaltres també ho haureu fet. De manera que els dos us esteu separant l'un de l'altre.

Si ho analitzem, trobem una explicació clara al desplaçament que ha sofert la persona que ha estat emputxada. Vosaltres li heu aplicat una força que ha provocat una acceleració en el seu cos i ha fet que es desplacés enrera.
I el vostre desplaçament? Doncs és la prova experimental de la 3a Llei de Newton, aquella incomprensible frase amb la que ens matxacaven els nostres professors de Física. Si ens estem desplaçant, és que hi ha una força que està actuant sobre nosaltres. I sabrem el sentit, direcció i intensitat que té aquesta, veient el sentit i direcció en què ens movem i la intensitat amb la velocitat que assolirem.

VOLANT, VOLANT!!!

I una vegada havent fet aquesta viatge en el temps per recordar una llei que ens serà prou útil, deixem de donar rodejos i llencem-nos de cap a veure PER QUÈ VOLA UN AVIÓ?

El secret de tot està en... LA FORMA DE L'ALA. Si les ales no tinguessin el disseny que tenen, res podria volar. Totes les aus que existeixen a la natura tenen les ales amb una forma peculiar, i si els avions les volien emular no podien ser menys.

Per poder volar, el que necessitem òbviament és que la força que actuï sobre l'avió cap al cel, superi al seu pes. D'aquesta manera quan sumem les diferents forces, el resultat (força resultant) serà una força vertical cap amunt que farà enlairar les 160 tonelades que pesa un avió, aproximadament.

Com ho fem? Tenim un problema: hem de generar una força enorme en sentit vertical i la Terra mai deixarà d'exercir sobre nosaltres una força que ens farà apropar perillosament cap a la seva superfície de la Terra.

La força l'obtenim gràcies a la forma de l'ala i a la física dels fluïds. La funció de l'ala quina és? Dividir l'aire de l'atmosfera pel que circula l'avió en 2 fluxos. Un passarà per la part superior de l'ala, i l'altre per la inferior. Si us hi heu fixat, les ales dels avions (i les dels ocells, òbviament) sempre estan inclinades com veiem en aquest gràfic, extret d'un article del Dr. Jou, professor de Física de la UAB.

Aquest principi que fa elevar els avions, seria el mateix que fa elevar un estel. El fet bàsic i essencial és que la inclinació de l'ala fa que l'aire es desvïi cap a baix, és a dir, la força que fa l'ala sobre l'aire apunta cap al terra. I com ja va indicar Newton en la seva tercera llei, això implica que obtenim una força d'igual intensitat i direcció però de sentit contrari que apunta cap al cel. Si la quantitat d'aire "empès" per l'avió és suficient, aquesta força pot guanyar al pes i... ECCO!!! L'AVIÓ S'AIXECA.

BERNOUILLI TAMBÉ VA DIR-HI LA SEVA

Un altre fenomen que també influeix en l'enlairement d'un avió és el que va descriure Bernouilli. En una equació que expressa la relació entre les diferents magnituts d'un fluid entre dos punts diferents, podem veure com més velocitat tingui menys pressió exercirà sobre les superfícies amb les que tingui contacte.

Aprofitant aquest fet, els enginyers han dissenyat la forma de les ales de manera que sigui més convexa per la part superior que per la part inferior. Per altra banda, qualsevol au que pogueu veure volant, veureu que també compleix aquesta condició.

Això farà que la velocitat a la part superior de l'ala sigui superior que a l'inferior. Per tant, la pressió (la força que exerceix l'aire sobre l'ala) serà superior a la part més aplanada de l'ala. Això implica una major força d'empenyiment cap amunt que cap avall. Quan en fem la força resultant (la suma de forces) què trobem??? L'AVIÓ PUJA altra vegada!

Espero que la gent que tenia cert pànic o recels a agafar un avió... els pugui haver solucionat parcialment sabent com aconsegueix enlairar-se. Bé, si confieu en les explicacions que la física ofereix en aquests casos...

Fins ben aviat!!!