Ciencias Exactas y Naturales

Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)

PK – EN – 243 – AG “Volando ando con mi amiga la física”

Asesor: Claudia Aviña Ramirez

Resumen

Uno de los medios de transporte y de comunicación más vanguardista, además de sofisticado y que, acorta tiempos y espacios, ha sido desde la época moderna hasta nuestros días, el avión; gracias a el podemos trasladarnos de un lugar a otro, por medio del aire, ya sea para viajar de vacaciones, de negocios, por motivos académicos o para conocer nuevos lugares, ciudades, países o continentes. Es importante mencionar que, hoy en día, este medio de transporte, no sólo sirve para que podamos viajar, sino que además se pueden trasladar mercancías internacionalmente, permitiendo que se puedan intercambiar productos entre naciones, llevando a cabo el proceso comercial de importación y exportación de mercancías, este proceso económico cobra relevancia actualmente, ya que nos encontramos en un proceso económico de globalización, en donde es importante tener una comunicación entre naciones para generar intercambios comerciales. En lo personal, a mí y a mi familia nos gusta mucho viajar, conocer nuevos lugares y explorar Ciudades o Estados, y que mejor cuando viajamos en avión; me gusta sentir que estoy en el aire, poder ver como se atraviesan las nubes, además de poder sentir los motores cuando despega y cuando aterriza un avión, etc. Sin embargo, a pesar de que es un medio de transporte muy importante y relevante no solo en el ámbito social, sino además en el económico; al igual que varios de mis amigos, no comprendía como era posible que se pudiera lograr que, un avión se mantuviera en el aire y se pudiera mover tan rápido de un lugar a otro, atravesando ciudades, países, océanos, etc. Es entonces que, me percato que la mayoría de los niños de mi edad desconoce cómo es posible que un avión pueda volar, aunado a ello no reconocen a la física, una de las ciencias más exactas, como la causante de que se pueda lograr. Es por ello que, considero que, es fundamental hacer saber la importancia de esta ciencia, ya que gracias a ella se ha logrado tener uno de los transportes más importantes en la actualidad: el Avión, aunado a que gracias a esta ciencia hemos podido descubrir la manera de imitar a las aves al poder volar y de esa manera comprender los primeros pasos para lograr lo que hoy en día se conoce como la navegación aérea.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Actualmente una de las maneras más rápidas para podernos trasladar en distancias largas de un lugar a otro, es utilizando uno de los medios de transporte más sofisticados para viajar, en este caso nos referimos al avión. Preguntando a mis compañeros, me dicen que a ellos les gusta mucho viajar en avión, sin embargo, desconocen cómo se logra que el avión vuele; es por ello que, por medio de esta investigación, podremos dar a conocer que es indispensable la física, como una de las ciencias más exactas, para que un avión despegue, pueda mantenerse en el aire y pueda volar.

Antecedentes

¿Qué es un avión?

Un avión, aeroplano o aeronave es un vehículo volador autónomo, dotado de dos alas fijas y de un número variable de motores que impulsan su vuelo, que se destina a labores de transporte (de personas y/o de cargamento), militares, deportivas o de reconocimiento geográfico. Los aviones constituyen el medio de transporte de larga distancia más importante del mundo contemporáneo, y su invención permitió acortar drásticamente los tiempos de viaje y así conectar la geografía del mundo de un modo nunca antes visto.

La palabra “avión”, la más comúnmente utilizada para referirse en español a estos artefactos voladores, tiene sus raíces en el latín avis (“ave”), aunque en realidad se trata de un préstamo del francés, específicamente de avion, término acuñado en 1875 por el ingeniero y aviador francés Clément Ader (1841-1925) y usado por primera vez en una patente de 1890.

Existen diferentes tipos de aviones, cuya clasificación atiende a diferentes aspectos del modelo, por ejemplo:

  • Aviones de acuerdo a su número de alas. Se clasifican en aviones monoplanos (un solo juego de alas), biplanos (dos juegos de alas) y triplanos (tres juegos de alas).
  • Aviones de acuerdo a su sistema de propulsión. Se clasifican en aviones de motor a pistón, aviones de motor a reacción (turborreactores, turbohélices) y aviones a propulsión (cohetes).
  • Aviones de acuerdo a sus labores. Se clasifican en aviones civiles (de carga, de transporte de pasajeros y otras funciones similares) y aviones militares (de combate, de reconocimiento, de bombardeo, de transporte de tropas, entre otros).

A continuación, muestro una tabla de tipos de aviones que son más reconocidos:

La mayoría de los aviones contemporáneos disponen de potentes motores y turbinas para desplazarse por el aire a cientos de kilómetros por hora. Sin embargo, existen aviones que no tienen motores, llamados planeadores o veleros, que se emplean actualmente con fines deportivos.

  • Las partes más importantes de un avión son:

Los aviones juegan un rol central en el imaginario moderno, y su presencia en numerosos relatos y representaciones artísticas es sumamente común, especialmente en el contexto bélico. Se estima que actualmente existen alrededor de 200 mil vuelos en el planeta cada día.

La invención de los aviones fue un importante hito histórico para la humanidad. Durante los tiempos premodernos, hubo varios inventores que soñaron o diseñaron máquinas capaces de volar, como las de Leonardo da Vinci (1452-1519) en el siglo XV, pero ninguna se construyó con éxito. Finalmente, en 1783, los hermanos franceses Jean-Jacques y Jacques-Étienne Montgolfier diseñaron y construyeron un globo de papel lleno de aire caliente, que al ser más liviano que el aire frío flotaba, a bordo del cual fueron Francois de Rozier y el Marqués de Arlandes, quienes se convirtieron en los primeros seres humanos en volar.

Los hermanos Wright se consideran los creadores del avión.

 

El reto de construir, sin embargo, un vehículo volador más pesado que el aire, se logró cuando en 1883 el físico e inventor estadounidense John Joseph Montgomery (1858-1911) realizó un vuelo controlado con un planeador, sentando así nuevas posibilidades que no tardaron en explorar otros entusiastas del vuelo, como Otto Lilienthal, Percy Pilcher y Octave Chanute.

El primer avión propiamente dicho de la historia fue invención del ingeniero francés Clément Ader (1841-1925), con el cual logró despegar y volar 50 metros en 1890. La hazaña se repitió en 1892 y 1897, con nuevos diseños, a bordo del último de los cuales logró un vuelo de 300 metros de longitud.

Sin embargo, recién en 1903 los hermanos Wilbur y Orville Wright lograron el primer vuelo sostenido y controlado a bordo de un avión impulsado por un motor. Por su parte, el inventor brasileño Santos Dumont (1873-1932) en 1906 se convirtió en el primer ser humano en despegar a bordo de un avión impulsado por un motor aeronáutico.

Los aviones, su historia.

¿Cuáles fueron los primeros aviones?

Muchos años atrás los griegos usaban cera con plumas de gallinas para poder volar, aunque si estabas muy cerca del sol, la cera se derretiría y las plumas se despegarían, también otros países querían volar como la India y China, dando a los hermanos Rain en 1900, descubrir cómo controlar, estabilizar y volar un avión.

 

Los primeros aviones propiamente dichos, es decir, autónomos y autoimpulsados, comenzaron a existir a finales del siglo XIX, gracias a los adelantos en materia de aerodinámica y a las exitosas experiencias de vuelo a bordo de globos aerostáticos y planeadores (aviones sin propulsión). Estas primeros modelos de avión fueron los siguientes:

  • El monoplano (1884). El primer avión monoplano de la historia fue invención del ruso Aleksandr Mozhaiski, y operaba con un motor a vapor que le permitió un breve vuelo de entre 20 y 30 metros.
  • El Éole (1890). Creación de Clément Ader, este primer avión en lograr un vuelo de 50 metros operaba con un motor a vapor, y fue el precursor de otros dos modelos de su invención, el tercero de los cuales, avión III, jamás fue capaz de despegar. El primer vuelo del Éolese considera el punto de partida de la aviación moderna.
  • El Aerodrome (1896). Obra del estadounidense Samuel Pierpont Langley, este avión prototipo Aerodrome 5recorrió casi mil metros a una velocidad de unos 40 km/h, aunque sin tripulantes, e inspiró nuevas y más exitosas versiones, como el Aerodrome A, cuyas versiones mejoradas llevarían a Glenn Hammond Curtiss a alzar el vuelo en 1910.
  • El Flyer (1903). El célebre planeador de los hermanos Wright alzó el vuelo a unos 48 km/h, en varios intentos exitosos. Se trataba de un avión biplano, que inicialmente requirió de una catapulta para despegar, hasta que en 1905 logró hacerlo por sus propios medios. En 1910, los modelos más recientes del Flyer lograron el primer vuelo comercial de la historia, recorriendo 100 kilómetros en una hora y dos minutos, a una velocidad récord de 97 km/h.
  • El 14-bis (1906). Con este nombre bautizó el brasileño Alberto Santos Dumont al avión con que realizó un vuelo público en París, en 1906. Su modelo utilizaba un sistema de alabeo similar al de los hermanos Wright, y logró un vuelo de 221 metros sin necesidad de catapultas, raíles ni otros implementos para el despegue. Después de estas experiencias, Santos Dumont inventó también el primer ultraligero.
  • El hidroavión Benoist XIV (1914). Este fue el primer avión en tomar parte en una línea aérea comercial establecida entre St. Petersburg y Tampa, Florida. Se trataba de un avión biplano con capacidad para el piloto y un único pasajero, que viajaba junto al conductor en una cabina abierta.

Los siguientes modelos de avión formaron parte de un “boom” de la aviación impulsado, en particular, por la Primera Guerra Mundial (1914-1918). Tanto es así, que, al término de la guerra, se fundó la aerolínea más antigua que existe hoy, la neerlandesa KLM.

A continuación, se muestra en la imagen una línea del tiempo de los aviones:

¿Por qué vuelan los aviones?, La física del vuelo…

 

A lo largo de la historia siempre ha sido un sueño de la humanidad despegar ingrávidamente del suelo como un pájaro y volar por el aire. El hecho de que volar se convierta un día en algo tan natural es gracias a los pioneros de la aviación que han pasado por un duro y sacrificado camino.

Ya a mediados del siglo XV, el genio Leonardo da Vinci se dedicó a este pensamiento: «¿Puede volar un ser humano con más peso que el aire?» Fue el primer visionario del vuelo que estudió científicamente el proceso de vuelo.

En el curso de los siglos siguientes, otros experimentadores se dedicaron al enigma del vuelo. Sólo para nombrar algunas de estas mentes brillantes: Sir George Cayley, Otto Lilienthal, Gustav Weisskopf, los hermanos Wright y muchos otros.

Poco a poco se descubrió que la solución es una interacción de cuatro fuerzas opuestas, que hoy en día hacen que un avión que pesa toneladas vuele.

Incluso el avión de pasajeros más grande del mundo, el Airbus 380, con un peso de 560 toneladas, sube al aire sin problema.

¿Cómo es posible?, ¿Por qué vuelan los aviones?

¡Es muy simple! Es la interacción de las cuatro fuerzas aerodinámicas:

  • Peso (Gravedad)
  • Sustentación
  • Empuje
  • Resistencia

El peso de la aeronave (la gravedad) tira el avión hacia abajo y lo mantiene en el suelo.

La sustención tira la aeronave hacia arriba y la mantiene en el aire. Pero sólo cuando la sustentación es mayor que la gravedad, el avión puede despegar.

El empuje, a su vez, hace que el avión avance y la resistencia (fuerza contraria) lo frena.

La interacción de estas cuatro fuerzas es un conocimiento muy complejo y la base de la construcción de aviones.

¿Pero cómo es posible hacer que la sustentación sea mayor que la gravedad?

Las alas con su perfil curvo son las responsables de la sustentación dinámica. Debido a la forma de las alas, el aire puede fluir más rápido en la parte curvada superior que en la parte recta inferior. Por encima de las alas, por lo tanto, surge una mayor succión. Y ahora se involucra la velocidad del avión. Cuanto mayor sea la velocidad (empuje), más aire puede fluir. La succión se vuelve mayor y lo mismo ocurre con la sustentación. El físico y matemático suizo Daniel Bernoulli descubrió este fenómeno, en el siglo XVIII, llamado la ley de Bernoulli.

Por supuesto, los motores juegan un papel importante en el empuje, porque proporcionan la potencia necesaria para altas velocidades. En un determinado momento, el avión puede superar la gravedad, es decir, la sustentación es mayor que la gravedad y el avión puede despegar.

Así que los aviones vuelan porque hay una presión de aire diferente por encima y por debajo de las alas. Durante el vuelo se producen turbulencias de aire (resistencia del aire) en las alas, lo que hace que la aeronave se ralentice. Por lo tanto, la forma y la calidad de la superficie de una aeronave juegan un papel muy destacado en la resistencia del aire. Cuanta menos resistencia hay que superar durante el vuelo, menos queroseno tiene que quemarse para generar empuje.

Por supuesto, esta es la explicación simplificada de cómo se genera la sustentación. La explicación científica es altamente matemática, porque todavía hay numerosos componentes que también juegan un papel, como: líneas de corriente, rotación, circulación, etc.

¿QUÉ ES EL PRINCIPIO DE BERNOULLI? 

En el siglo XVIII, el matemático, físico y médico suizo, Daniel Bernoulli, enunció el principio que lleva su nombre y que podemos encontrar en su obra “Hidrodinámica”, publicada en el año 1738.

Este principio describe el comportamiento de los fluidos en un circuito cerrado. Concretamente, el Principio de Bernoulli promulga que cualquier líquido o gas que aumente su velocidad de movimiento, también verá disminuida su presión.

En realidad, el principio de Bernoulli es una descripción de la ley de conservación de la energía, cuya definición nos dice que, en un fluido ideal, la energía permanece constante a lo largo de todo el recorrido del conducto cerrado.

Esta situación ideal de los fluidos se presenta cuando no existe rozamiento ni viscosidad.

Ecuación del Principio de Bernoulli

Antes de analizar la ecuación de Bernoulli, es importante conocer los tres componentes de la energía que se presentan en una situación ideal, esa en la que no existe rozamiento ni viscosidad.

Son estos:

Energía cinética: es la que aparece gracias a la velocidad del fluido.

Energía potencial: está relacionada con la altura del fluido.

Energía de presión: surge con la presión que ejerce el propio fluido.

La ecuación de Bernoulli es la siguiente:

Donde:

V = velocidad.

p = densidad del fluido (líquido o gas).

P = presión.

g = aceleración gravitatoria.

z = altura en la dirección de la gravedad.

 

La ecuación está formada por tres partes que se corresponden con las energías antes citadas. La primera pertenece a la energía cinética, la segunda es la energía de presión, y la última parte de la fórmula se corresponde con la energía potencial.

La suma de las 3 energías tiene que permanecer constante. En el caso de que varíe cualquiera de ellas, de forma obligatoria habrá una modificación en las demás para que se mantenga la constante.

 

¿Por qué vuelan los aviones con el principio de Bernoulli?

 

El motivo principal que hace que los aviones puedan volar, son las fuerzas que actúan sobre ellos cuando están en el aire. Y son cuatro: dos en horizontal (la fuerza de empuje y su opuesta, la aplicada), y dos en vertical.

En las fuerzas verticales entra en juego, por un lado, el peso del avión que tira hacia abajo de la aeronave y, en contra de este, la fuerza de sustentación que es la que consigue levantarla.

Aquí debemos prestar especial atención a la forma de las alas de los aviones. Y es que la parte superior está más curvada que la inferior, que es más recta. Esto hace que el aire que circula por encima del ala tenga más superficie, lo que consigue que viaje a más velocidad que el aire de la parte inferior.

Y la principal consecuencia de este cambio de velocidad en el aire que circula sobre y bajo el ala de un avión, está en que se crea una diferencia de presión.

Con la definición del principio de Bernoulli, donde la suma de las presiones debe ser constante, lo que ocurre con el aire en este caso es que la menor presión de la parte superior del ala ejerce una fuerza bajo ella que la impulsa hacia arriba.

Además, tenemos otro momento en el que interviene este principio facilitando el vuelo del avión.

Cuando la aeronave se eleva y las alas están apuntando hacia arriba, la corriente del viento inferior encuentra un obstáculo, las propias alas, que están frenando la aeronave, por lo que su presión aumenta.

Y por el principio de Bernoulli, se produce una fuerza opuesta que impulsa el avión hacia arriba. Por este motivo, es mucho mejor que un avión encuentre el viento de cara cuando va a iniciar su despegue.

 

…en el vuelo de los aviones influyen muchos más principios de física…

 

Para explicar por qué vuelan los aviones, no solo hemos de estudiar el Principio de Bernoulli, sino que se hace necesario prestar atención a muchos otros principios de la Física.

Ahora podemos dar una mejor explicación al comportamiento de los aviones, tanto en el momento de despegar como a la hora de elevarse en altura.

Además, no solo estamos aprendiendo sobre aeronáutica porque, encontramos múltiples aplicaciones de la Física en cualquier gesto de nuestra vida cotidiana.

 

¿Por qué no se siente la velocidad en un avión?

 

La razón por la cual, es posible viajar a cientos de kilómetros por hora en un avión y no sentir la resistencia del viento es porque al hallarse los pasajeros dentro de una cabina presurizada, se hallan aislados del aire que fluye a mucha velocidad del lado de afuera. Si pudiese abrirse una ventanilla del avión, podría sentirse la fuerza de la resistencia ejercida por el aire, cosa que a tales alturas y velocidades resultaría peligroso para los pasajeros.

Por otro lado, una vez que, el avión ha adquirido su velocidad promedio, la aceleración deja de sentirse (como sí se siente en el despegue) porque los pasajeros comparten la velocidad del vehículo, o sea, se mueven junto con él, de la misma manera que no se siente en un tren o un autobús, excepto cuando la velocidad varía.

Las turbulencias, por su parte, que sí pueden sentirse durante el viaje, son pequeños desequilibrios en el flujo del aire por las alas del avión, que se corrigen de inmediato, pero ejercen un efecto perceptible por los pasajeros.

Cabe recordar que, el aire es un fluido y como tal, ofrece cierta resistencia a los cuerpos sólidos que impactan contra él, de forma similar al agua del mar cuando un barco impacta contra ella (esta segunda simplemente tiene una densidad mayor).

Es común pensar que, lo que mantiene el avión en el aire es la potencia del motor, pero aún en el hipotético e improbable caso de que el motor fallase, el avión no caería en picado. Si bien el motor contrarresta la resistencia que se genera desde la parte frontal (arrastre), son las alas las que contrarrestan la resistencia que se genera hacia abajo (peso).

Es decir, la potencia del motor permite que el avión alcance cierta velocidad, pero son las alas realmente las que, debido a su forma tan particular, generan la suficiente fuerza para contrarrestar el peso del avión y sus ocupantes (alrededor de 100 toneladas).

En definitiva, para que el avión se mantenga en el aire, ha de producirse un equilibrio perfecto entre cuatro fuerzas enfrentadas entre sí (peso-sustentación, y empuje-arrastre). Cuando este equilibrio se produce, el avión entra en fase crucero.

La explicación tradicional es el teorema de Bernoulli, un matemático, estadístico, físico y médico holandés-suizo que vivió en el siglo XVIII. Según dicha explicación, las moléculas de aire, al encontrarse con el ala, se ven obligadas a separarse. Debido a la forma del ala (más gruesa y redondeada en la parte frontal), las moléculas que viaja sobre el ala, con el fin de reunirse de nuevo con las moléculas que viajan en la parte inferior, han de recorrer la misma distancia en un menor tiempo, lo que aumenta su velocidad. Según la ley de Bernoulli, a mayor velocidad, menor presión, con lo que tenemos una zona de baja presión sobre el ala y una zona de alta presión bajo la misma, lo que impulsa el ala hacia arriba.

El teorema de Bernoulli concede sin embargo demasiada importancia a la curvatura del ala y a la posición del avión, ignorando que hay aviones capaces de volar con alas completamente planas, y también de girar 180 grados durante el vuelo, y mantenerse en el aire. Además, numerosas investigaciones han demostrado que, el aire que viaja sobre el ala del avión, llega al final del ala antes que el aire que viaja bajo el ala, y no se vuelve a reunir con este segundo.

“La teoría de Bernoulli se extendió por desconocimiento, ante la necesidad de darle una explicación sencilla a los primeros vuelos con avión en 1903”, nos explica Carlos Sanmiguel, doctor en mecánica de fluidos por la Universidad Carlos III de Madrid. “La aerodinámica de los aviones se fue aprendiendo a través de un proceso de ensayo y error, ya que su nacimiento fue previo al desarrollo de una teoría formal, y no había ecuaciones que permitieran cálculos en la fase preliminar. En general, la fabricación de aviones siempre ha sido muy empírica. El avión de los hermanos Wright era un avión inestable”, añade Carlos.

Las leyes del movimiento de Newton, reformuladas para el comportamiento de los fluidos, son otra de las explicaciones tradicionales de la sustentación. Según el principio de acción y reacción, a cada acción le corresponde una acción opuesta. De igual manera que, un vaso de agua ejerce una fuerza hacia abajo que se ve contrarrestada por la fuerza hacia arriba que ejerce la mesa que lo sostiene, en el caso de la aviación, el ala empuja el aire hacia abajo, lo que a su vez genera un empuje del ala hacia arriba (sustentación), y hacia detrás (arrastre).

Si bien esta teoría sí es aplicable a todo tipo de alas independientemente de su forma y curvatura, y ofrece una explicación al vuelo invertido, también hace aguas a la hora de explicar por qué, incluso en alas completamente planas, se genera una zona de baja presión en la parte superior del ala. Carlos nos confirma que las leyes de Newton, por sí solas, también presentan problemas como explicación.

A fin de cuentas, las teorías de Bernoulli y Newton son muy anteriores a los primeros ensayos con aeronaves, y simplemente fueron reformuladas tras el primer vuelo con motor de la historia a manos de los hermanos Wright en 1903. Tanto el uno como el otro desconocían que sus teorías jugarían un papel esencial en los principios de la aeronáutica. No obstante, y a pesar de sus visibles limitaciones, basta con indagar en algunos blogs de divulgación y en sus respectivas secciones de comentarios, para confirmar que hoy día sigue habiendo cierta dicotomía entre ambos teoremas (como si fueran contradictorios más que complementarios), y sigue habiendo quien los defiende a capa y espada.

 

Ramas de la Física que se relacionan con mi tema de investigación:

Aeronáutica. Ciencia que trata de la navegación aérea. La aeronáutica comprende la aerostación fundada en el uso de aparatos más ligeros que el aire (globos y dirigibles), la aviación que utiliza aparatos más pesados que el aire sustentado por planos (aviones) o hélices horizontales (helicópteros y autogiros), y la astronáutica cuyos cohetes, por desarrollar una fuerza superior a la gravedad se elevan sin necesidad de planos sustentadores con todo y tratarse de aparatos más pesados que el aire.

La ingeniería aeronáutica es la parte de la tecnología que trata del diseño y funcionamiento de las aeronaves y en los aspectos técnicos y científicos de la navegación aérea y los instrumentos de los cuales se sirve esta.

Objetivo

Proporcionar información detallada, sobre cómo es posible, gracias a la física, que un avión despegue y de qué manera actúa esta ciencia para hacer que un avión vuele en las alturas.

Justificación

Cuando he viajado de vacaciones en avión, siempre me ha llamado la atención la forma en que un avión despega, me emociona mucho observar y sentir cuando se va elevando poco a poco hasta llegar al cielo. Volar un avión se dice fácil, sin embargo, es importante saber que la física con ayuda de la tecnología, son realmente las que hacen posible la magia de volar en las alturas, por tanto, un piloto aviador debe tener una preparación especializada con conocimientos en esta ciencia.

Hipótesis

Si descubriéramos como actúa la física en un avión, entonces podríamos aprender como es posible que despegue y que se mantenga suspendido en el aire.

Método (materiales y procedimiento)

El pasado nueve de febrero del presente año, con la finalidad de llevar a cabo mi investigación de campo, acudí al Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México CDMX, para poder observar y entrevistar al Capitán, Gonzalo Fernández, Jefe de Pilotos de Vuelo, acompañado por él, realicé una exploración de campo, para conocer las partes, tipos y en general el procedimiento de como vuelan los aviones. En dicha entrevista me explicaba que, como jefe de pilotos de la empresa, realiza cotidianamente actividades de coordinación de vuelos, roles de vuelo y direcciones a donde cada piloto dirigirá su ruta.

Para poder hacer mi entrevista, realice un guion de entrevista compuesto por 17 preguntas:

 

  1. ¿Cuál es su nombre y que cargo tiene?
  2. ¿Qué actividades realiza cotidianamente aquí en el aeropuerto?
  3. Nos podría explicar ¿Cómo es posible que un avión pueda volar?
  4. ¿Qué se necesita para que un avión pueda volar?
  5. ¿Cómo es posible que un avión pueda despegar y de qué manera aterriza?
  6. ¿Por qué si el avión pesa tanto no se cae de acuerdo con la fuerza de la gravedad de la Ley de Newton?
  7. ¿Considera que es indispensable la ciencia, en específico la física para que un avión pueda volar? ¿Por qué?
  8. Para que un avión vuele ¿Qué tipo de energía se requiere?
  9. ¿Qué es la aeronáutica? Y ¿por qué es importante para el vuelo de los aviones?
  10. ¿En qué consisten las cuatro fuerzas físicas para volar un avión?
  11. ¿De qué forma mide el aire para poder aplicar la fuerza de empuje y lograr un equilibrio con la fuerza de resistencia?
  12. ¿Cómo está estructurado un avión y cuáles son sus principales partes?
  13. ¿Qué elementos contienen la cabina de un avión?
  14. ¿De qué forma se guían los pilotos para trasladarse de un lugar a otro?
  15. ¿Cómo puedo identificar o leer la ruta para llegar a un destino?
  16. ¿Cuántos tipos de avión conoce? Y ¿Cuáles de ellos ha piloteado?
  17. ¿Qué necesito para poder llegar a ser un piloto?

Mismas que me sirvieron para comprobar la información de mi investigación documental realizada.

Es así como el capitán nos explicó las leyes de la aerodinámica, así como las leyes de navegación son muy importantes para poder pilotear un avión; con ejemplos muy sencillos como una hoja de papel, una regla y un esquema, el Capitán Gonzalo nos explicó que, aunque los motores impriman velocidad para que funcione el avión y avance, es gracias a las alas y a la ley de la física que se crea una succión –fuerza de sustentación- (levantamiento del avión) para que un avión pueda volar. Además de las alas, hay otros elementos como los alerones, el timón (que dan la dirección del avión), los motores (nos dan el impulso y la velocidad) donde se requiere aproximadamente de 230 o 250km  por hora para que se dé la velocidad que requieren las alas para actuar con la fuerza de sustentación y levantar el avión. Así también nos explicó que, un avión no se cae, aunque pese toneladas, porque se vence la fuerza de la gravedad con el perfil alar, es decir que, la ley de Newton sobre la Gravedad, se contrarresta con la Fuerza de sustentación, porque el mismo aire succiona al avión, al pasar por debajo del ala, de acuerdo a la velocidad que este imprima. Es importante mencionar que, el  avión además funciona gracias a la energía dinámica (energía que se da con los motores al darle movimiento al avión) y eso hace que, un avión pueda despegar.

Para que todo lo antes mencionado pueda ser analizado existe una rama de la física que es la aerodinámica, el Capitán me explico de forma muy sencilla que, esta se refiere a las leyes físicas que rigen en un alerón, es con la teoría y con la práctica como un avión puede volar, sin la aerodinámica no volaría un avión, para ello hay ingenieros en aeronáutica o en aerodinámica quienes no pudieran dejar de lado las leyes de la aerodinámica, ya que, con ella se hacen cálculos y con base en esta ciencia ellos generan el perfil alar y las piezas de un avión específicas para que de acuerdo con su peso y características un avión pueda volar.

El capitán nos confirmó las cuatro fuerzas que se requieren para que un avión pueda volar: succión (sustentación), empuje, resistencia y peso, además de que nos explicaba que, para que un avión vuele, un piloto no puede medir el viento, sino que, hay una indicación meteorológica “viento a favor o viento en contra” (régimen de vientos) que nos puede indicar si podemos llegar más rápido a un destino porque el mismo viento puede empujar al avión y lograrlo.

Otro aspecto importante es cuando nos mostró la cabina de un avión, además de explicarnos que, el elemento principal de la cabina es el control, con lo que se mueve el timón, el alerón, el elevador; además de los controles de los flaps y los slats (para que un avion vuele a baja velocidad o pueda aterrizar); el control de los motores, el panel de sistemas de los controles de vuelo, el aire acondicionado,  la presurización (para poder respirar en el cielo),los sistemas de navegación, el radar para poder navegar y no meterse al mal tiempo cuando se vuela, radios para poder comunicarse, etc.

 

Nos mencionó que, para que un piloto pueda navegar y saber cómo trasladarse de un lugar a otro, están las “Cartas de navegación” (mapas que reflejan las aerovías) mismas que ya están establecidas y gravadas en la computadora del avión, hoy en día funcionan por medio de GPS y sistemas iniciales. Algo que, me pareció muy importante fue la forma en que se puede volar a pesar de no tener una carretera que se pueda ver entre las nubes, para ello el capitán me explico que, existen “Las aerovías”, que contienen las cartas de navegación, son las que marcan la dirección en el aire, para poder observar hacia dónde puede ir un avión, con ellas podemos verificar el rumbo y la altura (altitud en pies) sobre la cual debe de ir un avion.

Estas cartas de navegación son muy importantes que deben estudiar los pilotos y tener bien aprendidas para que sepan las vías por las cuales deben navegar para llegar a sus destinos y además de que gracias a ellas no chocan los aviones entre sí, ya que están establecidas las rutas de acuerdo con los destinos de cada avión con sus aerolíneas.

Algo que, me llamo mucho la atención es cuando nos explicó que para poder lograr ser un piloto se requiere de: mucha disciplina, de saber que no se tiene una vida familiar normal en casa porque casi no estas presente; y en lo profesional que debes saber muy bien la física y las matemáticas, que comprendas muy bien las leyes de la aerodinámica, las leyes de navegación, las reglamentaciones (ley de aviación civil, reglamentos nacionales e internacionales) y lo más importante, se requiere de “pasión por la vida en el aire, pasión por los aviones” para que puedas lograr ser un gran piloto aviador.

  • Para conocer más sobre mi entrevista puedes observar mi video en el siguiente link:

 

 

Además de la entrevista realizada, hice un análisis documental-histórico en la biblioteca:

 

Virtual Tlatoani (Avión), ubicado en  Francisco del Paso y Troncoso No. 219. Jardín Balbuena CP 15900, Alcaldía Venustiano Carranza, Ciudad de México, https://sic.cultura.gob.mx/ficha.php?table=rnbp&table_id=82527

Esta biblioteca es dentro de un avión, el primer avión que tuvo nuestro país, en el mismo pude explorar cada una de las funciones y visualicé por medio de la tecnología como es un despegue virtual.

Asimismo, pude encontrar uno de los antecedentes más antiguos sobre los aviones en nuestro país, donde primero se utilizaron con fines de guerra, transportando mercancías, principalmente armamentos; posteriormente se transformó el uso a aviones comerciales para transportar personas importantes y famosas; y hoy en día sirve para transportar no solo para pasajeros sino también para importar o exportar mercancías dentro y fuera de nuestro país.

Además de ello encontré quienes fueron los primeros físicos que gracias a la aeronáutica y aerodinámica lograron transformar los aviones en nuestro país, dentro de la empresa.

Observé los talleres mecánicos de la empresa, donde los especialistas daban mantenimiento a los aviones. También puede visualizar por medio de un gráfico, mural la historia de los aviones:


 

Galería Método

Resultados

Como resultado de este proyecto de investigación documental, nos pudimos dar cuenta que a través del tiempo el ser humano ha utilizado la ciencia en cada aspecto de su vida cotidiana y para satisfacer múltiples necesidades, en este caso, con el ejemplo propuesto sobre cómo vuelan los aviones, fue producto de diversos procesos físicos, así como diferentes inventos, cada uno con sus antecedentes, explicados en el apartado correspondiente.

Galería Resultados

Discusión

Ahora bien, resulta conveniente que los niños de mi edad conozcan que todos los días de alguna o de otra forma estamos en contacto con la ciencia, en este caso, al subirnos a un avión y viajar de vacaciones, estamos en contacto con la física y con las cuatro fuerzas aerodinámicas: peso, sustentación, empuje y resistencia; así como con los diferentes tipos de energía: cinética, potencial y de presión. Entonces aquí es donde se cumple nuestra hipótesis, porque al conocer cómo actúa la física en un avión, nos pudimos percatar que gracias a esta ciencia se hace posible que un avión despegue, se mantenga suspendido en el aire y además logre volar, trasladándose de un lugar a otro.

Conclusiones

Logré concientizar que todos los días estamos en contacto con la ciencia, en cada una de las actividades como niño puede estar presente la física y gracias a ella podemos obtener muchos beneficios tecnológicos que hacen más cómodos y divertidos los días.

Quiero hacer saber que este proyecto me ha dejado una gran satisfacción, fue muy emocionante, pero además me deja una muy buena lección, ya que el preguntar y cuestionarnos de dónde provienen las cosas que utilizamos de manera cotidiana, nos proporciona la posibilidad de adentrarnos más al mundo de la ciencia, ya que esa curiosidad que se despierta en mí se convierte en un interés de seguir aprendiendo y descubriendo nuevas cosas.

Por otro lado, me gustaría hacer notar que, al hacer este proyecto descubrí que, en las asignaturas en donde se pone de relieve la ciencia, como eje principal de los aprendizajes, las actividades que se realicen deberían de ser más vivenciales, ya que me gustó mucho poder estar en contacto directo con un avión, llevando a cabo mi investigación de campo pude aprender directamente al explorar, observar y tocar. “Fue más divertido aprender viviendo la ciencia”.

Concluyo diciendo: “Siempre debemos cuestionarnos, ¿gracias a qué ciencia puedo obtener el avance tecnológico que hoy puedo disfrutar?” …

 

 

Bibliografía

Bibliografía (Referencias)

Libro: La Historia de la Aviación, Revista Sucesos, No. 16, Gentileza de Sergio Barros y Patricio Barros.

Libro: “Mexicana, la primera siempre será la primera”, Carlos González Manterola, Carlos Silva Cazares, Editorial Clío y Espejo de Obsidiana, 2006.

¿Qué es la Física? ¿Para qué sirve?: https://www.youtube.com/watch?v=-GgrsezemTY

¿Por qué vuelan los aviones?:

https://www.youtube.com/watch?v=DzWgqxUNIXM

https://panamedia.org/por-que-vuelan-los-aviones-la-fisica-del-vuelo/

¿Qué es un avión?

Fuente: https://concepto.de/avion/#ixzz7wqzHxxwv

El principio de Bernoulli o ¿Por qué vuelan los aviones?:

https://www.youtube.com/watch?v=reX9bD-hpXk

https://www.oneair.es/principio-de-bernoulli/

Sustentación – Aerodinámica:

https://www.youtube.com/watch?v=A9qc4zCj_kE

¿Por qué los AVIONES no se CAEN?:

https://www.oneair.es/principio-de-bernoulli/#:~:text=mantenga%20la%20constante.-,Por%20qu%C3%A9%20vuelan%20los%20aviones%20con%20el%20Principio%20de%20Bernoulli,)%2C%20y%20dos%20en%20vertical.

Principio de Bernoulli:

https://www.aviacion.cl/ninos.htm

Aviación para Niños: https://arbolabc.com/ciencias-tecnologia/libros/como-vuelan-aviones https://www.aviacion.cl/ninos.htm

¿Cómo vuelan los aviones?:

https://arbolabc.com/ciencias-tecnologia/libros/como-vuelan-aviones

La aeronáutica, conceptos

https://www.ecured.cu/Aeron%C3%A1utica

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography