FUERZAS DE SUSTENTACION

Guía
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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
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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:
P1 + ρgh1 + ½ ρV12 = constante
(1)
Donde:
P1 y P2: presiones absolutas
ρ= densidad del fluido
V1 = 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
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Materiales y equipos
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1 Modelo aerodinámico
1 Tubo de pitot, tipo prndtl
1 Manómetro de precisión
1 Soporte cojinete de puntas
1 Soporte biaxial
1 Dinamómetro 0.1 N
1 Generador de corrientes de aire, 220 V
1 Varilla de 10 cm
* Regulador de potencia
* Mufa (abrazadera universal)
* base soporte-PASS
* Varilla soporte-PASS, cuadrada 1000mm
* 3 nuez doble-PASS
* Hilo de seda
* transportador
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
6. 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.
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Hoja de resultados
Tabla 1. Valores de ángulo de ataque, sustentación y diferencia de presiones
Angulo de ataque ( 0 )
L (mN)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Precisión del dinamómetro _______
Precisión del manómetro _________
Cifras
signif.
∆P
(mbar)
Cifras
signif.
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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?
6. ¿Haga un diagrama de la fuerza neta, para el valor donde obtuvo mayor
sustentación en cada tabla?