La resistencia es la fuerza aerodinámica que se opone al movimiento de un avión a través del aire. La resistencia es generada por todas las partes del avión (¡incluso los motores!).¿Cómo se genera la resistencia?
La resistencia es una fuerza mecánica. Se genera por la interacción y el contacto de un cuerpo sólido con un fluido (líquido o gas). No es generada por un campo de fuerza, en el sentido de un campo gravitacional o un campo electromagnético, donde un objeto puede afectar a otro objeto sin estar en contacto físico. Para que se genere la resistencia, el cuerpo sólido debe estar en contacto con el fluido. Si no hay fluido, no hay arrastre. La resistencia se genera por la diferencia de velocidad entre el objeto sólido y el fluido. Debe haber movimiento entre el objeto y el fluido. Si no hay movimiento, no hay arrastre. Es indiferente que el objeto se mueva a través de un fluido estático o que el fluido pase por un objeto sólido estático.
El arrastre es una fuerza y, por lo tanto, es una cantidad avectorial que tiene tanto una magnitud como una dirección.El arrastre actúa en una dirección opuesta al movimiento de la aeronave. Hay muchos factores que afectan a la magnitud de la resistencia, muchos de los cuales también afectan a la sustentación, pero hay algunos factores que son exclusivos de la resistencia de los aviones.
Podemos pensar en la resistencia como una fricción aerodinámica, y una de las fuentes de resistencia es la fricción de la piel entre las moléculas del aire y la superficie sólida del avión. Dado que la fricción de la piel es una interacción entre un sólido y un gas, la magnitud de la fricción de la piel depende de las propiedades del sólido y del gas. Para el sólido, una superficie lisa y encerada produce menos fricción cutánea que una superficie rugosa. En el caso del gas, la magnitud depende de la viscosidad del aire y de la magnitud relativa de las fuerzas viscosas con respecto al movimiento del flujo, expresada como número de Reynolds. A lo largo de la superficie sólida, se genera una capa límite de flujo de baja energía y la magnitud de la fricción de la piel depende de las condiciones en la capa límite.
También podemos pensar en la resistencia como la resistencia aerodinámica al movimiento del objeto a través del fluido. Esta fuente de resistencia depende de la forma de la aeronave y se denomina resistencia de forma. Cuando el aire fluye alrededor de un cuerpo, la velocidad y la presión locales cambian. Como la presión es una medida del momento de las moléculas de gas y un cambio en el momento produce una fuerza, una distribución de presión variable producirá una fuerza sobre el cuerpo. Podemos determinar la magnitud de la fuerza integrando (o sumando) la presión local por la superficie del cuerpo. La componente de la fuerza aerodinámica que se opone al movimiento es la resistencia; la componente perpendicular al movimiento es la sustentación. Los aerodinamistas han denominado a este componente «resistencia inducida», que también se denomina «resistencia debida a la sustentación» porque sólo se produce en las alas finitas que se elevan. La resistencia inducida se produce porque la distribución de la sustentación no es uniforme en un ala, sino que varía desde la raíz hasta la punta. Se forman vórtices en las puntas del ala, que producen un flujo de remolino que es muy fuerte cerca de las puntas del ala y disminuye hacia la raíz del ala. El ángulo de ataque local del ala se incrementa por el flujo inducido del vórtice de la punta, dando un componente adicional, orientado hacia abajo, a la fuerza aerodinámica que actúa sobre el ala. La fuerza se llama resistencia inducida porque ha sido «inducida» por la acción de los vórtices de la punta.La magnitud de la resistencia inducida depende de la cantidad de sustentación generada por el ala y de la distribución de la sustentación a lo largo de la envergadura. Las alas largas y delgadas (en el sentido de la cuerda) tienen una resistencia inducida baja; las alas cortas con una cuerda grande tienen una resistencia inducida alta. Los aviones modernos utilizan alerones para reducir la resistencia inducida del ala.
Dos fuentes adicionales de resistencia son la resistencia a las olas y la resistencia al empuje. Cuando un avión se acerca a la velocidad del sonido, se generan ondas de choque a lo largo de la superficie. Las ondas de choque producen un cambio en la presión estática y una pérdida de presión total. La magnitud de la resistencia a las ondas depende del número de Mach del flujo. Los motores a reacción introducen aire en el avión, lo mezclan con combustible, lo queman y expulsan los productos de la combustión para producir empuje.Este término de «empuje negativo» es la fuerza de arrastre. Las entradas de refrigeración del avión también son fuentes de fuerza de arrastre.
Puedes ver una breve película de «Orville y Wilbur Wright» en la que se habla de la fuerza de arrastre y de cómo afectó al vuelo de su avión. El archivo de la película puede guardarse en su ordenador y verse como Podcast en su reproductor de podcast.
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