Aviones madrugadores y pelotas que no doblan (I)

La Física, la altura sobre el nivel del mar, la densidad del aire, la energía, el principio de Bernoulli son algunos de los temas que a continuación se abordan. ¡A ajustarse los cinturones y a atarse los botines! La palabra del narrador (*).

(C) Intec/UNL/Conicet - Conicet Santa Fe - El Litoral

Era una hermosa mañana, cálida y soleada, de la primavera en Cusco cuando abordamos el avión que nos llevaría a Lima (Perú) y luego de regreso a casa, a la Argentina. Cuando todo estaba listo para el despegue, el avión detuvo los motores, se abrieron las puertas y subió personal de la compañía aérea a comunicar que se había hecho muy tarde y que parte del pasaje debería descender, junto con el equipaje, y esperar el próximo vuelo al día siguiente. “A este celo por la puntualidad no lo había observado antes. Además, no vamos a recuperar mucho tiempo por ir más livianos”, fue mi comentario. “Hoy estás más lento que de costumbre”, fue la respuesta de mi compañero de asiento. “Si piensas”, continuó, español él, “un poco en la altura de Cusco, el teorema de Bernoulli te dará la respuesta”. Claro está que este comentario suena algo descabellado si no aclaro que el avión estaba lleno de físicos que habíamos asistido a la Primera Conferencia de Física de Superficies realizada en América Latina. Esto me permitió comprobar que la ignorancia y la felicidad, o, al menos, la tranquilidad, van, en algunos casos, de la mano. En efecto, durante el despegue, todos los físicos del pasaje (la mayoría) tenían un cronómetro en la mano, calculaban distancias y velocidades; estimaban el largo de la pista, la potencia de los motores y sufrieron (sufrimos) hasta que el avión alcanzó altura y velocidad estables. Parte de razón había: en los cerros, frente al aeropuerto de Cusco, yacen los restos de dos aviones que descuidaron este teorema.

Las pelotas, “¿doblan?”

La respuesta para cualquier aficionado a los deportes es inmediata y afirmativa. Los tiros con comba en fútbol -en especial los goles olímpicos-, las bolas curvas en béisbol, tenis, ping-pong, son hechos que lo demuestran. Un director técnico argentino es muy recordado por su frase: “Acá no se puede jugar porque las pelotas no doblan”, dicha para atenuar los efectos de la derrota del seleccionado argentino de fútbol ante su par de Ecuador, jugado en Quito, a 2.850 m sobre el nivel del mar, unos 1.000 m menos que la ciudad de Cusco. Si bien es cierto que las condiciones del campo de juego son las mismas para todos los jugadores, también lo es que el estar acostumbrado a un efecto da ventajas. Cualquiera que haya intentado correr o, simplemente, subir una escalera en alguna de estas ciudades, puede dar fe de que el ahogo por la falta de aire no afecta de la misma forma a los lugareños que a los sufridos turistas. Si bien ni los aviones ni las pelotas sufren por la falta de oxígeno, como los deportistas en altura, sí son afectados por la disminución en la densidad del aire.

¿Por qué vuelan los aviones y doblan las pelotas?

Ya en el siglo 18, el médico/físico/matemático/botánico/oceanógrafo holandés Daniel Bernoulli (1700-1782) le había dado forma al argumento que, además de permitirnos construir aviones que vuelen, le da la razón al D.T. de nuestra historia. Basándose en el principio de conservación de la energía, Bernoulli demostró que la presión ejercida por un fluido disminuye a medida que su velocidad aumenta. El principio físico que lleva el nombre de este científico nos ha permitido entender unos cuantos fenómenos a lo largo del tiempo y alcanzar algunos logros interesantes, como el poder volar. Y en lenguaje técnico se explica así: si se aplica una presión sobre una superficie se ejercerá sobre ésta una fuerza que será proporcional a la presión y a la superficie. La misma presión aplicada sobre una superficie del doble de otra generará una fuerza también doble. Este es el principio que explica, por ejemplo, el funcionamiento de las prensas y gatos hidráulicos. Por otra parte, la misma fuerza aplicada sobre superficies cada vez menores generará presiones cada vez mayores. Esto último nos permite, por ejemplo, clavar una chinche en una madera empujando con un dedo, poner inyecciones, patinar sobre hielo, pinchar con un tenedor, cortar con un cuchillo, entre muchas otras acciones. Pero este es otro tema; dejemos las fuerzas transformadas en presiones y volvamos a las presiones transformadas en fuerzas.

La diferencia de presiones... de una tormenta a una chimenea

Si sobre los dos lados opuestos de una superficie se aplican diferentes presiones, esta superficie estará sometida, además de a una compresión, a una fuerza resultante neta. Esta fuerza será proporcional a la diferencia de presiones y al tamaño de la superficie, y tendrá el sentido que va de la mayor presión a la menor. Lo que el principio de Bernoulli nos dice es que a esta diferencia de presión la podemos lograr haciendo que un fluido (aire) se desplace a mayor velocidad por una de las caras de esta superficie que por la otra. En este caso, sobre la superficie aparecerá una fuerza en el sentido de la menor velocidad a la mayor. En una tormenta, este efecto puede ser catastrófico ya que el desplazamiento rápido del aire encima de un techo (viento) provoca una zona de menor presión que la que existe dentro de la casa, donde no hay viento, pudiendo literalmente arrancarlo, como ocurrió en Montecristo (Cba.) en marzo pasado. Los techos planos no son buenos en zonas ventosas. Por otra parte, este efecto es el que nos permite encender un hogar y despreocuparnos del viento, es más, mientras mayor sea éste mejor trabajará la chimenea. Esta historia continuará...

(*) Julio Ferrón, profesor en el Departamento de Materiales (FIQ/UNL). Es investigador del Conicet y director del Grupo de Física de Superficies del Intec/UNL/Conicet, de la ciudad de Santa Fe. Adaptó: Lic. Enrique A. Rabe (ÁCS/Conicet Santa Fe).

Aviones madrugadores y pelotas que no doblan (I)

En sitios a gran altura sobre el nivel del mar como éstos, la disminución en la densidad del aire afecta a objetos y a seres vivos. Foto: Archivo El Litoral