Quinta Lección. Mirando el vuelo de las aves a la luz de la física..
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- María Mercedes Ortiz Zúñiga
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1 Capítulo II. Termodinámica y Física de los Fluidos aplicadas a procesos naturales. Tema. El proceso de vuelo de las aves y de los ingenios alados. Quinta Lección. Mirando el vuelo de las aves a la luz de la física.. 1
2 Campo gravitatorio terrestre. Ley de la gravitación. Intensidad del campo gravitatorio. Fuerza gravitatoria sobre las aves. r
3 Ley de la gravitación. Existe una fuerza de interacción entre las masas: v F = G Mm r G= Nm /kg 3
4 Intensidad del campo gravitatorio, g. Se denomina intensidad del campo gravitatorio, o aceleración de la gravedad g en un punto P distante r del centro del planeta de masa M, a la fuerza sobre la unidad de masa situada en el punto P. r g = G M r G= Nm /kg 4
5 Fuerza gravitatoria sobre las aves. Si sobre un cuerpo sólo actúa la fuerza de la gravedad adquiere un movimiento de caída con aceleración constante. 5
6 Fuerza gravitatoria sobre las aves. v F = r mg 6
7 Variación del peso con la altura. g = G M ( R + h) T T G= Nm /kg h(m) Masa Tierra (kg) g(m/s) Radio Tierra (km) Fg (N) Variación del peso de sólo 0.05% en todo el intervalo de vuelo. 7
8 Tipos de vuelo. Vuelo a remo. Ejemplos. Vuelo a vela. Ejemplos. 8
9 9
10 10
11 Vuelo a remo. Ejemplos. 11
12 1
13 13
14 14
15 Vuelo a vela. Ejemplos. 15
16 Sustentación de un ala. Viento Empuje Viento Empuje 16
17 Fuerza de sustentación en un ala. Velocidad del aire es mayor en la parte superior del ala que en la inferior. v > v 1 Ecuación de Bernouilli: Aplicación del teorema de Bernouilli al vuelo a vela. 1 1 P1 P = ρ( v v P 1 P < 0 ) P > P 1» Fuerza de sustentación: F 1 = ( P1 P ) S = Sρ( v v 1 ) 17
18 Orden: Falconiformes. Longitud total: 100 cm.10 cm. Peso:7 Kg.11 Kg. Ala plegada:64 cm.76 cm. Hábito: Sedentario. Envergadura:00 cm.90 cm. Cola:7 cm.35 cm. Tarso:10 cm.1,5 cm. Pico:5 cm.6 cm. El vuelo del buitre leonado. 18
19 Buitre leonado en vuelo. 0.65m Superficie de sustentación = 1.85 m.9m 19
20 Equilibrio de fuerzas en el vuelo. Velocidad del aire. Sustentación. peso. 0
21 Análisis detallado del vuelo a vela: procesos de sustentación. Superficie aproximada del ala = 1.85 m. Velocidad de vuelo unos 36 km/h = 10 m/s. Masa 11 kg. mg mg = ( P P ) S ( P P ) = = 58Pa 1 1 S 1
22 Análisis detallado del vuelo a vela: velocidades en el ala. Densidad del aire=1.5 kg/m 3 mg mg = ( P1 P ) S ( P1 P ) = = 58Pa S mg m v v 7 v.6m = 1 = = = Sρ s s 9.5km / h v v sobre ala bajo ala = 36.0km / = 9.5km / h h
23 Maniobras en vuelo: descender. Descender: disminuir la superficie de las alas. Igualar la velocidad debajo y encima de las alas. 3
24 Maniobras en vuelo: ascender. Ascender: Necesidad de una velocidad mínima. Aumentar la diferencia de velocidades sobre y bajo el ala. Aumentar la superficie alar. 4
25 5
26 6
27 Disipación de energía por fricción viscosa. R = v C ρ A R R 7
28 Disipación de energía por fricción viscosa. R v = CRρ AR = 3N C R =1 A R =0.36m La fuerza de resistencia que tiene que superar el ave para mantener su velocidad de crucero es aproximadamente el 0% de su peso. Con el movimiento de las alas y las térmicas compensa este gasto energético. 8
29 Principio de mínima energía aplicado al vuelo del buitre. Metabolismo basal = 18 W. Máxima potencia desarrollada = 7 W 9
30 Balance de energía en vuelo. En un vuelo de 5 km. a velocidad de crucero 36 km/h (10 m/s). Potencia consumida para mantener la velocidad en vuelo contra la fuerza de fricción del aire: P = R v = 3 N 10m / s = 30W!Esta potencia excede a la que puede generar el ave, por lo que tendrá una estrategia de ahorro energético en vuelo Energía total consumida: E = R dis tan cia = 3N 5000m = 115kJ 30
31 Estrategia de ahorro de energía en vuelo. 31
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