introducción a la física de la navegación a vela

INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DE LA
NAVEGACIÓN A VELA
J. J. Ruiz-Lorenzo
Departamento de Física
Universidad de Extremadura
http://www.unex.es/fisteor/juan
IES Sierra la Calera (Santa Marta)
15 de Abril de 2010
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx)
FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA
Aulas de Vela-2010
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Plan de la charla
Tipos de navegación (a favor y
en contra del viento).
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx)
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Plan de la charla
Tipos de navegación (a favor y
en contra del viento).
Experimento.
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Plan de la charla
Tipos de navegación (a favor y
en contra del viento).
Experimento.
Fuerzas sobre objetos en
fluidos (vela, quillas y alas):
flotabilidad (Arquímedes),
resistencia y sustentación.
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Plan de la charla
Tipos de navegación (a favor y
en contra del viento).
Experimento.
Fuerzas sobre objetos en
fluidos (vela, quillas y alas):
flotabilidad (Arquímedes),
resistencia y sustentación.
Equilibrio de un barco.
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Plan de la charla
Tipos de navegación (a favor y
en contra del viento).
Experimento.
Fuerzas sobre objetos en
fluidos (vela, quillas y alas):
flotabilidad (Arquímedes),
resistencia y sustentación.
Equilibrio de un barco.
Predicción de la velocidad del
barco a vela.
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Tipos de navegación a vela
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¿Es posible navegar en contra del viento?
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¿Es posible navegar en contra del viento?
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Experimento: ¿Fuerza sobre una vela navegando en
bolina?
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Experimento: ¿Fuerza sobre una vela navegando en
bolina?
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Experimento: ¿Fuerza sobre una vela navegando en
bolina?
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Flujo alrededor de un sólido
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Curvatura del flujo alrededor de un sólido
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Principio de Bernouilli
Principio de Bernouilli:
1
p + ρv 2 = Constante en la linea de corriente
2
Conservación de la cantidad de fluido:
ρAv = Constante
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Principio de Bernouilli (Aplicación) (I)
Efecto Venturi:
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Principio de Bernouilli (Aplicación) (II)
Alas/Velas/Quilas:
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Animación: Flujo de aire sobre un ala
Animación: Flujo de aire sobre un ala
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Sustentación (quillas/velas)
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Alas/Velas/Quillas en 3D
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Aerodinámica de la quilla
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Vórtices generados por las alas (I)
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Vórtices generados por las alas (II)
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Vórtices generados por las alas (III)
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Vórtices generados por las velas
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Principio de Arquímedes
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Principio de Arquímedes
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Resistencia
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Resistencia
De forma.
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Resistencia
De forma.
De fricción.
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Resistencia
De forma.
De onda.
De fricción.
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Resistencia
De forma.
De onda.
Inducida.
De fricción.
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Resistencia
De forma.
De onda.
Inducida.
De la capa límite.
De fricción.
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Resistencia
De forma.
De onda.
Inducida.
De la capa límite.
De fricción.
Nota: Resistencia de perfil=Resistencia de la capa límite +
Resistencia de fricción.
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Resistencia inducida (estela turbillonaria)
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Resistencia inducida (estela turbillonaria)
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Resistencia de onda (estela del barco)
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Ondas
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Ondas
p
p
Mar profundo: v = 2.5 λ(m) kt. T = 0.8 λ(m) s.
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Ondas
p
p
Mar profundo: v = 2.5 λ(m) kt. T = 0.8 λ(m) s.
Las olas más grandes (en long. onda) se mueven más rapido.
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Ondas
p
p
Mar profundo: v = 2.5 λ(m) kt. T = 0.8 λ(m) s.
Las olas más grandes (en long. onda) se mueven más rapido.
p
Mar poco profundo: v = 6.1 d(m) kt. Todas las olas se mueven
a la misma velocidad (por ejemplo, en la orilla).
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Diagrama de Fuerzas
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Diagrama de Fuerzas
Equilibrio (mov. uniforme):
X
Fi = 0
i
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Momentos
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Momentos
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Momentos
Equilibrio:
X
Mi = 0
i
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Viento Real/Aparente
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Viento Real/Aparente
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Viento Real/Aparente
Ecuación General:
vreal = vaparente + vbarco
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¿Puede un barco navegar a mayor velocidad que la
velocidad real del viento? (I)
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¿Puede un barco navegar a mayor velocidad que la
velocidad real del viento? (I)
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¿Puede un barco navegar a mayor velocidad que la
velocidad real del viento?(II)
Hydroptére consiguió el record del mundo (4/9/2009), sosteniendo
una velocidad de 51.36 kt durante 500 m en 30 kt de viento.
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¿Puede un barco navegar a mayor velocidad que la
velocidad real del viento?(II)
Hydroptére consiguió el record del mundo (4/9/2009), sosteniendo
una velocidad de 51.36 kt durante 500 m en 30 kt de viento.
El 8/11/2009 rompió la barrera de los 50 kt durante 1 NM con una
velocidad de 50.17 kt.
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¿Puede un barco navegar a mayor velocidad que la
velocidad real del viento?(II)
Hydroptére consiguió el record del mundo (4/9/2009), sosteniendo
una velocidad de 51.36 kt durante 500 m en 30 kt de viento.
El 8/11/2009 rompió la barrera de los 50 kt durante 1 NM con una
velocidad de 50.17 kt.
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¿Puede un barco navegar a mayor velocidad que la
velocidad real del viento?(III)
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Video Promocional del Hydroptére
Video Promocional del Hydroptére
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