¿Cómo puede ser tan seguro viajar en avión si el revestimiento del avión tiene solo 1-2 mm de grosor?

La piel de los aviones no es muy gruesa en absoluto, sin embargo, viajar en avión es la forma más segura de viajar. Todos los profesionales de la aviación saben por qué, pero la mayoría de los ocupantes de un avión no son profesionales. ¿Cómo se puede explicar a los miembros del público en general que 1 mm es suficiente para:

  • Mantenga la presión de aire adentro.

  • Evita que las alas se rompan.

  • Transportar a los pasajeros con mayor seguridad que cuando viajan en su automóvil.

He usado ejemplos como "puedes pararte sobre una lata de cerveza llena pero no sobre una vacía". ¿Cuáles son los secretos de la construcción de aviones que hacen que una construcción tan aparentemente endeble sea tan segura?

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¿Cómo se explica al público en general una construcción de piel estresada? Muchos no expertos se alarman bastante cuando piensan en aplastar una lata de cerveza.

Esa es una pregunta capciosa. ¿Qué te lleva a creer que no es posible? ¿Qué tiene alrededor de 2 mm de grosor que te hace creer lo contrario? es posible porque 2 mm es todo lo que se necesita.
@ Simon Recuerdo haberle dicho a mi hermana sobre 1-2 mm de piel, que se puso verde y luego tuvo que hablar durante mucho tiempo antes de que pareciera no estar inquieta nuevamente. ¿Cómo se lo explicaría a alguien que no esté familiarizado con la construcción de aviones?
La piel de la mayoría de los aviones no es tan gruesa. Por ejemplo, el Módulo Lunar, lo que llevó a los astronautas a la luna, tenía una piel de solo 0,38 mm de grosor (0,015").
Realmente no entiendo. A menos que pueda decir "2 mm no parece suficiente porque xyz", sin decir qué es xyz, ¿cómo puede la respuesta ser otra cosa que "son solo 2 mm porque eso es todo lo que se necesita"? La mayoría de los paneles de la carrocería de los automóviles son más delgados que eso. ¿Por qué es seguro subirse a un automóvil?
P: Si las cajas negras pueden sobrevivir a cualquier cosa, ¿por qué no hacer todo el avión con el mismo material? R: Las carreteras no son lo suficientemente anchas para que puedan circular aviones. En otras palabras, el avión tiene que ser lo suficientemente ligero para volar. Cualquier forma de ingeniería tiene ventajas y desventajas, y el peso frente a la fuerza es una de esas decisiones. Pero como usted mismo ha dicho, en la aviación comercial, obviamente, las decisiones han sido muy acertadas desde el punto de vista de la seguridad. (Sin mencionar la economía de combustible, los costos de construcción, etc.)
@Simon viajar en automóvil es menos seguro que viajar en avión, ¿no es así? Sin embargo, rara vez se oye hablar de personas con miedo a conducir.
@Koyovis ¡Sí, cuando soy el pasajero y mi esposa conduce! :)
Tu perfil dice que eres ingeniero aeroespacial, ¿no cubrieron esto en tus cursos de ingeniería estructural?
Sí, y ese es exactamente el punto. parece que lo que en realidad estás preguntando es "¿por qué la gente tiene miedo a volar?". Este es un miedo irracional, ya que si aplicas la lógica y la razón, entonces la única conclusión posible es que la parte más segura de cualquier viaje que implica volar comienza cuando te subes al avión y termina cuando te bajas. No puedo entender por qué una persona que no es racional estaría preocupada por el grosor de la piel a menos que me explique por qué.
Otro dato curioso: antes de usar aluminio, un avión era de madera y tela. :-)
Párese en una lata de cerveza/refresco vacía y muéstreles cuánto peso puede soportar. Luego, mientras está de pie sobre él, empuje rápidamente ambos lados con los dedos y observe qué tan rápido se derrumba. Ahora, construya una nueva lata vacía con una estructura de soporte interna (como la de un avión) y demuestre que no colapsará a pesar de una abolladura en la piel. Es por eso que los aviones son tan resistentes/seguros a pesar de que su piel es tan delgada.
Re "¿Cómo se explica al público en general una construcción de piel estresada?" La respuesta, por supuesto, es que no lo es, al igual que el público en general no entiende la física de un teléfono celular o un LED. Para eso están los ingenieros :-)
@jamesqf Sí, tienes razón, mientras la tía no sepa que solo hay 1 mm entre ella y la troposfera en su vuelo a Ibiza, estará perfectamente bien.
@Koyovis: Y ella estará perfectamente bien si también lo sabe.
@Koyovis: Pero una gran parte de la razón por la que viajar en automóvil es menos seguro que viajar en avión tiene que ver con todos los demás idiotas en las carreteras. Si los aviones tuvieran el mismo porcentaje de colisiones en el aire que los automóviles tienen accidentes de varios vehículos, sería una historia muy diferente.
@jamesqf Efectivamente. Por otro lado: por colisión, un avión transporta muchas más personas, viajando a velocidades y altitudes que rara vez alcanzan los automóviles.
@Koyovis Pero incluso en esas condiciones, las estadísticas de viajes aéreos muestran que es significativamente más seguro. Artículo anterior: traveltips.usatoday.com/air-travel-safer-car-travel-1581.html - En 2008: probabilidades de morir en un accidente automovilístico = 1 en 98 de por vida; transporte aéreo y espacial = 1 en 7.178 para toda la vida.
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Y otro.

Respuestas (2)

Matemáticas simples. Corte una cabaña en dos, a lo largo, y verifique las fuerzas involucradas. Las mitades están unidas por 4 mm de aluminio y deben soportar un diferencial de presión hacia el exterior sobre el diámetro de la cabina.

Supongamos que tenemos un avión de fuselaje ancho de 6 m de diámetro (más grande que un Boeing 777) y un diferencial de presión de 1 atm (por supuesto, normalmente un avión solo mantiene hasta 0,8 atm y no vuela en el vacío, pero tengamos algún margen de seguridad).

La tensión de tracción resultante es entonces de unos 150 MPa . El aluminio solo rinde a 275MPa.

Otras fuerzas son transportadas por puntales, largueros y, en el caso del fuselaje, largueros. La piel transfiere fuerzas de corte entre esos largueros perpendiculares, pero no creo que esas fuerzas sean significativas en comparación con la carga de presión.

•Mantenga la presión del aire adentro. >> ¿Qué tan gruesa es la piel de un globo? Eso mantiene mucha más presión que un avión.

•Evitar que se rompan las alas. >> Eso es un poco más que la piel. Hay vigas de soporte para sostener la mayor parte, pero envolverlas en la piel también lo fortalece.

•Transportar a los pasajeros con mayor seguridad que cuando viajan en su automóvil. >> Practica, practica, practica. Solo toma unas pocas horas enseñarle a alguien a volar un avión. Pero las horas y horas de entrenamiento y vuelo posteriores son las que construyen un piloto seguro que puede lidiar adecuadamente con la adversidad. Además, hay mucha menos congestión en el cielo que en las carreteras.

No creo que un globo tenga más presión que un avión. Hasta 8 o 9 psi es común para un fuselaje presurizado.
Tu último punto es bueno. La mayor parte de la seguridad es operativa. Tanto los aviones como los automóviles son muy fiables mecánicamente.
@foot Sí. Estás en lo correcto. Se necesita un diferencial de >1 psi para inflar un globo, lo que significa alrededor de 15-16 psi para superar la elasticidad del globo. Pero una vez inflado, la presión interna es de solo 1 atmósfera, y mucho de eso se atribuye a dicha elasticidad. Sin embargo, ese aire no sale como en el sistema de presurización de un avión. Realmente no estás inflando el avión; dado que está subiendo y disminuyendo la presión exterior, está tratando de mantener la presión interior en un rango compatible con humanos. Independientemente, su presión interna...
...será más alta que la presión exterior, por lo que su avión tendrá un poco más de presión en el interior. Supongo que mi punto sería más comparable al inflado del globo. La piel del globo puede soportar un poco más de presión interna durante el inflado sin explotar. Pero una piel de aluminio tiene mucha menos elasticidad. Simplifiqué un poco un problema de presurización algo complejo. :-/
Quizás deberías añadir a tu último punto el análisis sistemático de incidentes y accidentes y la formación continua (en muchos países el carné de conducir se saca una vez y es válido para toda la vida sea cual sea la evolución de tu coche o de tu salud)
Su analogía con el globo es falsa, al igual que su explicación en los comentarios. La elasticidad tiene una influencia insignificante en las tensiones en recipientes a presión de paredes delgadas (aunque no en un globo, debido a las grandes deformaciones y la alta relación de Poisson en el caucho). La diferencia de presión máxima en un globo es de aproximadamente 0,7 psi . Finalmente, a la piel del avión no le importa si se "deja salir" el aire, solo la diferencia de presión entre el interior y el exterior.
"Simplifiqué un poco un problema de presurización algo complejo". Además, no fui muy claro en mi explicación, supongo. 14,7 psi (presión a nivel del mar) + aproximadamente 1 psi para inflarlo = 15-16 psi dentro del globo. No creo que la analogía del globo fuera falsa; simplemente no es tan aplicable como pensé originalmente. Hay un poco de física involucrada en la presión del globo. Sin embargo, a la piel de la aeronave le importa absolutamente si el aire de presurización se "deja salir" o no. Dado que el aire nuevo entra constantemente, el aire viejo debe dejarse salir. Así es como se controla el diferencial de presión. Si sigues poniendo....
... aire en un globo sin dejar salir un poco, eventualmente explotará. Así que supongo que un experimento más apropiado sería medir la presión dentro de un globo inflado a medida que se acerca al punto de explosión. Y eso dependería de la piel del globo. Nuevamente, eso es mucho más física que la simple explicación inicial que asumí.
@Shawn A menos que esté planeando llevar un globo a gran altura (donde inevitablemente explotará), todavía no veo cómo se sostiene la analogía: al globo no le importa la presión absoluta, solo la diferencia entre el interior y el exterior. . Y quise decir que a la piel no le importa si se logra una cierta presión a través de una entrada continua o cerrando la salida. Creo que no estás simplificando demasiado, sino todo lo contrario; los globos son en realidad un problema muy complicado, altamente no lineal, que se comporta de manera muy contraria a la intuición (¡soplar más aire disminuye la presión!)
@Sanchises Creo que nos estamos metiendo en la maleza aquí, y tal vez no entiendo bien la física de inflar un globo, pero cuando cualquier recipiente a presión alcanza el límite de su elasticidad, estallará si el diferencial de presión aumenta y la fuerza de se exceden las paredes de ese recipiente. ¿No es por eso que un globo a gran altura estallará si continúa? A la piel le importa que el diferencial de presión sea mayor de lo que puede contener. ...
Independientemente, la presión atmosférica al nivel del mar es de aproximadamente 14,7 psi. Si vuela a 36k pies, la presión atmosférica es de 3,3 psi. Si presuriza la cabina de su avión a 7000 pies, eso es 11,3 psi dentro del avión. El diferencial es 11,3-3,3 = 8 psi. Entonces, se ejercen 8 psi sobre el recipiente a presión. No estoy seguro de qué presión adicional se necesitaría para hacer explotar un globo, pero dudo que llegue a 8 psi antes de que se alcance la presión de explosión. Me equivoqué arriba. Un globo realmente no es un buen ejemplo. Y no puedo pensar en otra forma de explicar un recipiente a presión de paredes delgadas.
@Shawn Exactamente. Todo mi punto era sobre "Mantener la presión del aire adentro. >> ¿Qué tan gruesa es la piel de un globo? Eso mantiene mucha más presión"; así que creo que estamos en la misma página ahora. Realmente tampoco puedo pensar en un ejemplo intuitivo para un recipiente a presión; tal vez un trozo de papel cargado solo en tensión pura sea un ejemplo aceptable (intente rasgarlo sin rasgarlo). Otros recipientes a presión pequeños (calderas, etc.) generalmente tienen un diseño muy excesivo para tener en cuenta la carga fuera del plano (abolladuras, etc.).
¿Cómo puede ser tan seguro viajar en avión si el revestimiento del avión tiene solo 1-2 mm de grosor?
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