¿Cómo generan empuje las aves?

Las alas de las aves no se limitan a aletear hacia arriba y hacia abajo. Inclinan sus cuerpos para cambiar el ángulo de ataque de sus alas, creando así un componente de empuje o arrastre, dependiendo de si están o no frenando o despegando. Esto se puede ilustrar mediante los correspondientes Diagramas Fuerza-Cuerpo:

Despegar

Vuelo lento

Vuelo de crucero

Acercarse

También hay otra forma de verlo.

Supongamos que el movimiento del cuerpo del pájaro es aproximadamente sinusoidal en el plano vertical: curvándose hacia arriba, luego hacia abajo, luego hacia arriba, luego hacia abajo, de modo que experimente primero una aceleración hacia arriba, luego hacia abajo, etc., todo superpuesto a la aceleración de la gravedad.

Cuando está en la parte inferior de una curva y experimenta una aceleración hacia arriba, puede batir sus alas hacia abajo, levantando su cuerpo contra esa aceleración y realizando un trabajo. En la parte superior de la siguiente curva, puede levantar sus alas, posiblemente también haciendo trabajo. El efecto neto es que en un ciclo arriba/abajo sus alas han hecho trabajo, traduciéndose en energía cinética.

Puede simular esto colgando un peso oscilante de una cuerda en el borde de una mesa. Cuando el peso se balancee por el centro, acorte la cuerda. Cuando esté en cualquiera de los extremos del columpio, alargue la cuerda. El peso traza una trayectoria en forma de 8 y oscila cada vez con más fuerza.

Creo que también se puede ver esto en la forma en que los niños manejan un columpio en el patio de la escuela, o el tipo de movimiento en forma de S que se usa para impulsarse con una patineta.

Creo que esta es otra forma de ver el ángulo de cabeceo del ala que produce empuje hacia adelante.

Creo que la mejor manera de explicar esto es cómo lo hice en quinto grado. Imagine un pájaro volando, cuando agita sus alas hacia abajo, el aire que estaba debajo de sus alas es empujado hacia el aire debajo del pájaro, esto crea una alta presión debajo a medida que las moléculas de aire se acercan mucho y, por lo tanto, chocan entre sí. Ahora, cuando levanta sus alas hacia arriba, esas moléculas de aire apretadas se precipitan hacia arriba para llenar ese espacio extra. Este movimiento repentino de estas moléculas es exactamente lo que crea el empuje. Sí, es así de simple.

Como se muestra en la figura, la flecha roja es la dirección de vuelo del ave y la flecha negra es la dirección de aleteo de las alas. Las líneas rojas son las secciones transversales de las alas. Cuando el ave bate sus alas hacia abajo, el borde de ataque de las alas está más bajo que el borde de salida, lo que proporciona un empuje hacia adelante.

Como se muestra, la flecha roja es la dirección del movimiento del ave y la línea roja es la sección del ala. La flecha negra es la dirección en la que las alas se mueven hacia arriba. A medida que el ave mueve sus alas hacia arriba, el borde de ataque de las alas es alto y el borde de salida es bajo. Así que no hay empuje hacia adelante, sino resistencia hacia atrás. Debido a que las alas usan menos fuerza para moverse hacia arriba que para moverse hacia abajo, el empuje hacia adelante es mayor, por lo que combinadas, las alas proporcionan un empuje hacia adelante para las aves.