FUERZAS DE SUSTENTACION

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1 1 Departamento: Ciencias Básicas Laboratorio: Física y Química Asignatura: Física. FUERZAS DE SUSTENTACION Objetivos específicos a) Medir fuerzas de sustentación y explicar su relación con el ángulo de ataque en un perfil alar b) Manteniendo un ángulo de ataque constante, explicar la relación entre la fuerza de sustentación y la diferencia de presión. Introducción teórica La sustentación se crea por la aparición de fuerzas que se generan al circular el aire a través del ala. La ecuación de Bernoulli muestra que la presión de un fluido decrece cuando aumenta la rapidez del fluido. Figura 1. Perfil Alar respecto al viento relativo

2 2 De acuerdo con la tercera ley de Newton la corriente de aire ejerce una fuerza F sobre el ala que es igual en magnitud y dirección opuesta. Esta fuerza tiene una componente vertical llamada SUSTENTACION (L) y una componente horizontal llamado resistencia al avance (D). La sustentación depende de varios factores: la rapidez del avión, el área del ala, su curvatura, y el ángulo entre el ala y la horizontal La ecuación de Bernoulli se expresa así: P 1 + ρgh 1 + ½ ρv 2 1 = constante (1) Donde: P 1 y P 2 : presiones absolutas ρ= densidad del fluido V 1 = rapidez del fluido En base a lo anterior la curvatura del ala hace que la presión arriba del ala sea menor que la que hay en la parte baja del ala. Tarea previa 1. Defina o explique los siguientes términos: a) Angulo de ataque b) Angulo de incidencia c) Fuerzas de sustentación d) Principio de Bernoulli e) Fuerza de arrastre f) Presión Dinámica g) Factores de conversión que necesitará

3 3 Materiales y equipos 1 Modelo aerodinámico 1 Tubo de pitot, tipo prndtl 1 Manómetro de precisión * Regulador de potencia * Mufa (abrazadera universal) * base soporte-pass 1 Soporte cojinete de puntas * Varilla soporte-pass, cuadrada 1000mm 1 Soporte biaxial * 3 nuez doble-pass 1 Dinamómetro 0.1 N * Hilo de seda 1 Generador de corrientes de aire, 220 V * transportador 1 Varilla de 10 cm Procedimiento 1. Coloque el perfil alar a 0o y nivele con el contrapeso, verifique que montaje está a una distancia de 15 cm. del orificio de salida del flujo de viento. 2. Asegúrese que el manómetro está bien nivelado y que el venturímetro está en dirección del tubo de viento. 3. Visualice la marca de cero en el dinamómetro y verifique la verticalidad del hilo que une al dinamómetro con el perfil alar. 4. Asegúrese que la resistencia eléctrica tiene el termostato en cero y que el tubo de viento está apagado antes de conectarlo a 220 V. 5. Encienda el tubo de viento y lentamente mueva el termostato hasta llegar a la marca indicada en la misma. Anote el valor de la fuerza marcada en el dinamómetro y el valor de la presión en el dinamómetro, en la hoja de resultados. Al anotar dichos datos lleve a cero el termostato. 7. Complete la tabla 1, siguiendo el mismo procedimiento no olvidando de llevar a cero el termostato después de cada dato anotado. MEDIDAS DE SEGURIDAD AL REALIZAR SU TRABAJO 1. Tenga cuidado al manipular el dinamómetro, ya que no debe sobrepasar el límite de elasticidad, de lo contrario lo DAÑARÁ. 2. Cuide de nivelar bien el perfil alar con el contrapeso. 3. Cuide que el hilo quede vertical con respecto al contrapeso.

4 4 Hoja de resultados Tabla 1. Valores de ángulo de ataque, sustentación y diferencia de presiones Angulo de ataque ( 0 ) L (mn) Cifras signif P (mbar) Cifras signif. Precisión del dinamómetro Precisión del manómetro

5 5 Hoja de análisis de resultados 1. Anexe la tabla de datos 2. Anexe la tarea previa 3. Para el valor de ángulo donde se obtiene mayor sustentación, determine la diferencia de cuadrados de las velocidades; para la tabla 1 Cual es mayor?, explique porque. 4. Cual de los dos experimenta mayor magnitud en la fuerza neta, asumiendo que la resistencia al avance es de 7 mn para ambos perfiles? Justifique su respuesta. 5. Cual es el comportamiento de la diferencia de presiones, analice en cada tabla?. Haga un diagrama de la fuerza neta, para el valor donde obtuvo mayor sustentación en cada tabla?