Fuerzas Inerciales y Factor de Carga
En esta oportunidad estaremos tocando el tema de las Fuerzas Inerciales y el Factor de Carga, términos muy importantes en el ámbito aeronáutico que nos ayudaran a comprender mejor el comportamiento de un avión durante su vuelo.
¿Que son las fuerzas inerciales?
La fuerza de inercia es la que actúa sobre la masa cuando un cuerpo está sometido a una aceleración y sólo es detectable por lo que está ligado a ese sistema acelerado.
Las fuerzas inerciales sólo son observables en sistemas de referencia no inerciales, o sea acelerados, y para un observador situado en ellos parecen ser tan reales como las restantes fuerzas (las llamadas Fuerzas Reales, originadas en interacciones: rozamiento neto, tracción, reacción del suelo, peso, etc.).
Un observador situado en un sistema en reposo no las detecta ni precisa de su existencia para aplicar la física de Newton a la explicación del fenómeno. Las fuerzas originadas en las interacciones surgen de dos en dos, pero la fuerza inercial aparece sola y tiene la misma dirección y sentido opuesto a la de la aceleración a que está sometida la masa.
Al tener un origen distinto a las Fuerzas Reales, las fuerzas de inercia se denominan "Fuerzas Virtuales" o pseudofuerzas.
¿Que es el Factor de Carga?
Por ejemplo, un factor de carga n = 3,
en un avión de 1.000N., significa que la estructura del avión está
soportando una fuerza de 3.000N.
n = (3.000)N/(1.000)N = 3
Otra forma de nombrar el factor de
carga es por la letra g (aceleración de la gravedad).
En el caso anterior, se diría que el
avión soporta 3g.
Estas fuerzas pueden ser positivas o
negativas. Son positivas cuando su dirección es hacia abajo.
Se indica con el signo ( + ). Ejemplo:
+ 3g.
Son negativas cuando la fuerza es
hacia arriba. Esta fuerza, puede incluso anular el propio peso del avión. Se les
pone el signo ( – ), para indicar el sentido de la fuerza aplicada. Ejemplo: – 3g.
El Piloto las nota inmediatamente,
desde el primer vuelo.
En las g ( + ), parece como si el peso
humano aumentara. El Piloto, como un elemento más del avión, queda “pegado” al
asiento.
En las g ( – ), el Piloto queda
“flotando” en el asiento.
Fuerza g |
Dos razones hacen muy importante el
conocimiento del factor de carga:
1) El peligro de someter al avión a
unos límites estructurales peligrosos que pueden llegar a romperlo.
2) Un aumento del factor de carga
aumenta la velocidad de pérdida, a valores muy superiores a los normales.
Ejemplo de demostración
Un avión de 12.000 libras esta a 5 segundos del despegue. Calcule las fuerzas ejercidas sobre éste en esta fase de recorrido por la pista, y los factores de carga en el eje X. El ángulo de inclinación del avión con respecto a la pista es 10° y m.a=292 libras.
Paso 1:
Realizar el Diagrama de Cuerpo Libre (D.C.L) donde se muestran todas las fuerzas actuando sobre el avión. En este caso el dibujo del ejercicio se puede interpretar como D.C.L de la figura completa. En otros casos piden calcular fuerzas a las cuales está sometido el piloto del avión, por lo que debe realizarse un D.C.L del piloto a parte del del avión.
Paso 2:
Saber que se necesita para calcular lo que pide el ejercicio. El ejercicio nos pide calcular la reacción R, y Nx. Donde Nx es el Factor de Carga en el eje X.
Un dato que da el ejercicio es la m.a que significa fuerza, además de ese dato está W que es el peso y 10° es el ángulo de inclinación del avión con respecto a la pista.
Un dato que da el ejercicio es la m.a que significa fuerza, además de ese dato está W que es el peso y 10° es el ángulo de inclinación del avión con respecto a la pista.
Lo primero que debe hacerse es la sumatoria de fuerzas en los ejes habiendo establecido en el D.C.L los sentidos positivos de cada eje, o ejes de referencia. Todos los aviones, partes de este, o pilotos serán estudiados mediante equilibrio dinamico; es decir; se estudiaran las fuerzas en equilibrio igualándolas a cero aunque el avión este en movimiento.
Se calcularán las fuerzas ejercidas sobre el avión en un instante exacto donde el avión lleva una velocidad, aceleración o altitud.
Se calcularán las fuerzas ejercidas sobre el avión en un instante exacto donde el avión lleva una velocidad, aceleración o altitud.
Paso 3:
Se procede al cálculo de la reacción R utilizando artificios de mecánica o física como sumatoria de momentos en el punto más conveniente. En este caso se realizó en el punto C.
Paso 4:
Se calculan el factor de carga en el eje X con la ecuación (∑Fx)/W.
Para el factor de carga en X se toma en cuenta las fuerzas de arrastre y empuje. Este ejercicio no pide calculo de Fuerzas de Inercia. Pero sus ecuaciones son:
Para el factor de carga en X se toma en cuenta las fuerzas de arrastre y empuje. Este ejercicio no pide calculo de Fuerzas de Inercia. Pero sus ecuaciones son:
Ic=〖Vt〗^2/Rcg.W/g=ῳ.Rcg.W/g
It=α.Rcg.W/g
Ic= Inercia Centrifuga
It= Inercia Tangencial
ῳ= Velocidad Angular
W= Peso
G= Gravedad
Rcg= Radio del centro de gravedad
Vt= Velocidad Tangencial
A continuación te mostramos un vídeo donde se explica mas detalladamente la solución de este ejercicio.
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