¿Por qué los dos "efectos de suelo" diferentes utilizados por los aviones y los automóviles hacen cosas opuestas en casi las mismas condiciones?

Encontré ¿Cómo es que el efecto suelo tiene un resultado tan diferente para las alas y los autos? y: No tengo permitido comentar como un nuevo usuario debido a una regla extraña y no sé lo suficiente como para responder la pregunta mientras busqué en la web para encontrar la respuesta a esto.

Todos explican que los dos tipos de "efectos de suelo" tienen el mismo nombre pero son dos fenómenos completamente diferentes, pero nadie parece haber respondido la pregunta correctamente, al menos eso puedo entender. Está muy bien decir que son efectos diferentes para propósitos diferentes, pero eso no explica por qué los dos efectos opuestos ocurren en condiciones tan similares. Originalmente estaba buscando la respuesta a esta pregunta estrictamente en el contexto del diseño del automóvil: ¿por qué el efecto suelo del contexto del automóvil succiona el automóvil hacia abajo usando el efecto venturi y, sin embargo, tener un automóvil completo en forma de lágrima no es práctico por el motivo de creando un colchón de aire de elevación debajo, aunque alguien puede pensar que la curva hacia el suelo actuaría como un venturi y succionaría el automóvil hacia abajo. La pregunta es: "

Creo que la respuesta de aeroalias lo explicó, pero no de una manera clara y directa; El efecto venturi ocurre hasta que el venturi es tan extremo que el flujo se "ahoga" y el efecto venturi deja de funcionar y solo tiene un colchón de aire. ¿Es esa la respuesta?

editar: Esto podría aclarar lo que estoy preguntando, aunque es principalmente una reformulación de lo que ya he preguntado:

¿Por qué no se forma un colchón de aire debajo de un automóvil (como en el avión) cuando la parte inferior está curvada hacia el suelo? ¿Ocurre el efecto venturi cuando la curva es poco profunda pero se forma un colchón de aire cuando es más empinada y el flujo se "estrangula"? Creo que entiendo la teoría básica del efecto suelo del automóvil, pero ¿qué causa el efecto suelo del avión y qué condiciones determinan si se produce una fuerza hacia arriba o hacia abajo?

"Todos explican que los dos tipos de "efectos de fondo" tienen el mismo nombre pero son dos fenómenos completamente diferentes". Mi respuesta argumenta que son el mismo fenómeno con diferentes resultados. Agregué un pequeño párrafo que debería hacer que la única diferencia entre los dos sea más obvia, aunque la respuesta de Peter Kampf allí brinda una explicación más precisa.
@Sanchises, gracias! Su párrafo agregado realmente me ayudó a entender la similitud
@Sanchises Lo siento. Creo que su respuesta fue argumentar de manera diferente a muchos de los demás. Entonces, ¿su respuesta básicamente dice que tener un área cerrada sobre el suelo evita que el aire sea reemplazado o escape cuando es succionado o empujado? Entonces, en un automóvil tonto como un chaparral 2J, puede mantener una presión baja debajo, pero en un aerodeslizador puede mantener una presión alta debajo para mantenerlo flotando. Creo que entiendo eso, aunque también creo que es diferente al significado comúnmente aceptado de "efecto suelo" tanto para la aviación como para los automóviles que no involucran áreas selladas o succión activa.
Dices "sellado" pero ninguno de los casos está realmente sellado. El efecto de suelo aumenta muy rápidamente con un espacio más pequeño, por lo que utilicé ejemplos extremos para dar una idea intuitiva de la física subyacente. Al final, se trata de crear una barrera para que necesite menos flujo de aire hacia abajo (= energía cinética 'perdida' por la corriente descendente) para generar la misma sustentación. Para alas enormes, solo el suelo es más que suficiente; para automóviles, se requiere un espacio más pequeño.

Respuestas (3)

El efecto venturi ocurre hasta que el venturi es tan extremo que el flujo se "ahoga" y el efecto venturi deja de funcionar y solo tiene un colchón de aire. ¿Es esa la respuesta?

No. ¡Ninguna de las respuestas a su pregunta vinculada habla sobre el efecto venturi en absoluto!

En el caso de la aeronave, el ala todavía está lo suficientemente por encima del suelo como para que no haya ningún efecto venturi significativo. El campo de presión alrededor del ala sigue siendo similar al del vuelo libre, pero debido a que el aire no puede moverse hacia abajo detrás del ala, el ángulo de ataque efectivo disminuye, lo que reduce la resistencia inducida. Ni siquiera aumenta tanto la sustentación, la reducción de la resistencia es el efecto más significativo.

En el caso del automóvil, la parte inferior del automóvil está mucho más cerca del suelo, pero el efecto venturi aún no es la parte principal. La parte inferior del automóvil actúa como un ala invertida, lo que crea sustentación hacia arriba. El suelo nuevamente previene el, en este caso, flujo ascendente, esta vez evitando que otro aire lo llene y esto nuevamente reduce la resistencia inducida. Nuevamente, el punto no es crear más fuerza, el punto es crear la fuerza con menos arrastre, para que el automóvil pueda ir más rápido con el mismo motor (la mayoría de las clases de carreras están limitadas por la potencia del motor o el volumen del cilindro).

También tenga en cuenta que el efecto venturi siempre sería hacia abajo, por lo que si fuera cierto que el efecto venturi aumenta hasta que se "ahoga", empujaría el avión (que tiene las alas más altas, por lo que definitivamente no se atragantaría) hacia abajo y posiblemente (dependiendo de si se ahogaría bajo el coche) empujar el coche hacia arriba, al contrario de lo que se observa.

Hmmm... ¿cómo es entonces que a menudo se afirma que el efecto suelo para el auto de carrera X es Y kg? Sí, supongo que debería ser N en primer lugar, pero de todos modos, a menudo se mide en cientos de kilogramos.
¡Gracias por responder! Creo que necesito leer un poco más sobre aerodinámica para entender la mayor parte de lo que quieres decir.
@ Jpe61, sospecho firmemente que es solo una redacción descuidada que llama 'efecto suelo' a la fuerza hacia abajo, aunque en realidad es solo un levantamiento hacia abajo y el suelo solo permite generarlo con mucho menos arrastre.
Sí, podría ser. Después de todo, estamos hablando de una industria que ha llamado "spoilers" a los dispositivos generadores de elevación hacia abajo 😃
@JanHudec La obstrucción del flujo es un problema en todos los flujos de aire canalizados, y eso incluye tanto los conductos Venturi como la parte inferior de los automóviles. Si ocurre en la admisión de un turborreactor, el motor "surge". Si ocurre en el conducto de refrigeración de un motor o en su radiador, el motor se sobrecalienta. Si sucede debajo de un automóvil, ¡la dirección de repente se vuelve terriblemente ligera!

Es cierto que tanto un perfil aerodinámico como un automóvil rápido tienen perfiles aerodinámicos y combados.

Un ala en vuelo genera una onda de alta presión debajo de ella, lo que ayuda a sostener el avión. Esta onda viaja hasta el suelo y se refleja en él. Normalmente, el reflejo sigue muy por detrás del avión, pero muy abajo puede impactar en el ala y aumentar la sustentación. Este es el efecto suelo.

Cuando los autos aerodinámicos alcanzaron altas velocidades por primera vez, el efecto fue similar al de un ala; debajo se creó una onda de alta presión que se reflejó en la carretera, la dirección se aligeró considerablemente y el agarre de los neumáticos a la carretera se aflojó drásticamente. En última instancia, los reflejos múltiples entre el suelo y el chasis podrían causar una acumulación tan grande o un muro de presión que el flujo se obstruyó y la resistencia aumentó abruptamente.

Los primeros intentos de contrarrestar estos efectos secundarios indeseables incluyeron perfiles aerodinámicos invertidos en la nariz y la cola. Pero apostar por paliativos frágiles nunca iba a ser una buena solución.

Los diseñadores de automóviles recurrieron al libro de texto de túnel de viento y aerodinámica y allí descubrieron el efecto Venturi. Al diseñar la parte inferior como un tubo Venturi y evitar la obstrucción del flujo, todo el vehículo se convirtió en el ala invertida.

A este respecto, realmente no hay diferencia entre la superficie superior de un ala y la pared de un tubo Venturi; de hecho, a veces puede ser útil pensar en un ala como la mitad de un Venturi, o viceversa. Ambos generan la misma aceleración de flujo horizontal y succión ortogonal a través del efecto Bernoulli. El truco con los autos rápidos es hacer que la parte inferior trabaje más que la parte superior y perfilar el Venturi con cuidado para evitar las disminuciones bruscas en el área que provocan la obstrucción del flujo.

El único problema que quedaba entonces era endurecer la suspensión para que no tocara fondo a máxima velocidad.

Entonces, ¿qué sucede si tengo una placa plana en un ángulo de ataque cuando se acerca al suelo? ¿'Soportará el avión' y lo empujará hacia arriba o 'actuará como un venturi' y lo succionará hacia abajo?
Sería un experimento interesante. Supongo que con un AoA bajo, la elevación se reduciría debido a la succión, pero con un AoA alto, el flujo se ahogaría y aumentaría la elevación. Pero podría estar equivocado. Para eso están los túneles de viento.
Los túneles de viento no explican por qué sucede algo :)
@ROIMaison No preguntaste por qué, preguntaste qué. De hecho, para eso están los túneles de viento. ¿Puedes ceñirte a los comentarios sobre la respuesta principal?
Se me permite comentar ahora aparentemente. Gracias. Siento que esta es la respuesta que mejor responde a la pregunta. Creo que necesito aprender un poco más para entender de lo que habla Jan Hudec. Entonces, después de todo, es un caso de efecto venturi, ¿pero solo cuando el ángulo de ataque es lo suficientemente bajo? Tampoco entiendo muy bien cómo un ala es como un venturi. Pensé que un ala es un dispositivo básico que crea presión debajo al forzar el aire hacia abajo a medida que avanza (si el frente está más alto que la parte posterior) o crea presión arriba y, por lo tanto, carga hacia abajo al forzar el aire hacia arriba (cuando el frente está más bajo)?
@ElliottSavva Un perfil aerodinámico eficiente crea baja presión arriba y alta presión abajo. Tanto la superficie superior de un ala como un conducto Venturi restringen la trayectoria del aire, por lo que debe acelerarse para conservar el caudal másico y, según el principio de Bernoulli, esto provoca una caída de presión. Los platos planos son una distracción, no prestes atención. Si necesita diagramas, haga una nueva pregunta para que haya espacio adecuado para responder. (Si le gusta la respuesta principal, debe haber una marca gris en la que puede hacer clic para mostrarla)
@GuyInchbald Ah, evidentemente no entendí correctamente cómo funcionaba un ala antes. Entonces, ¿aceleran pasivamente el aire en la parte superior más que en la parte inferior? Estaba viendo una película el otro día y alguien estaba hablando sobre las alas y el principio de Bernoulli y dijo algo relacionado con que la parte superior tiene más superficie que la parte inferior. ¿Tiene eso algo que ver con eso? Supongo que eso significa que hay más desviación de una línea plana en la parte superior que en la parte inferior y el aire tiene que moverse más rápido, suponiendo que la misma masa de aire pasa por encima que por debajo en lugar de más.
@ElliottSavva Vale la pena consultar el artículo de Wikipedia sobre ascensores. Es un poco ampuloso y mal estructurado en algunos lugares, pero es fundamentalmente correcto. en.wikipedia.org/wiki/Lift_(fuerza)
@GuyInchbald Gracias. Voy a comprobar eso.

el ala de un avión está diseñada para generar sustentación mientras vuela al aire libre. Sucede que genera menos resistencia cuando se vuela a unos diez pies del suelo, porque una "burbuja" de aire se aprieta entre la parte inferior del ala y la superficie del suelo y esto ayuda a sostener el ala. esto se llama "efecto suelo" para aviones .

usted quiere que un automóvil rápido permanezca pegado al suelo y NO se convierta en un avión, y por esta razón la carrocería del automóvil está diseñada para funcionar como el ala de un avión boca abajo mientras siempre "vuela" a solo un par de pulgadas del suelo, por lo que crea carga aerodinámica en lugar de sustentación . Generar carga aerodinámica mientras casi toca el suelo requiere el uso de características aerodinámicas que no se parecen mucho a las alas, y las propiedades de flujo de fluidos que explotan se conocen como "efecto suelo" para automóviles .

Pero, ¿por qué no se forma un colchón de aire debajo de un automóvil (como ocurre con el avión) cuando la parte inferior está curvada hacia el suelo? ¿Se produce el efecto venturi cuando la curva es poco profunda, pero se forma un colchón de aire cuando es más pronunciada? Creo que entiendo la teoría básica del efecto suelo del automóvil, pero ¿qué causa el efecto suelo del avión y qué condiciones determinan si se produce una fuerza hacia arriba o hacia abajo?
@ElliottSavva, la parte inferior de un automóvil no está curvada hacia el suelo, está ligeramente curvada hacia afuera.
@PeterKämpf, lo que quise decir fue exactamente lo que dijiste, perdón por mi mala redacción, eliminaré el comentario.
@JanHudec Eso es lo que siempre supuse, ya que eso significaría más volumen y presión reducida, pero según el efecto venturi/principio de bernoulli tal como lo entiendo, eso aumentaría la presión en la parte inferior del automóvil, ya que la energía empuja el el aire a lo largo se transferiría a la energía interna del gas (para reducir la velocidad del gas a medida que aumenta el ancho del "tubo"), ¿aumentando así la presión y la temperatura? ¿Qué me estoy perdiendo? Escucho muchas cosas sobre autos de alto rendimiento como Mclaren F1 y Jaguar XJ220 que están diseñados para acelerar el aire debajo.
@ElliottSavva, menos volumen => mayor velocidad => menor presión (ya que la energía interna debido a la presión se convierte en energía cinética). Sin embargo, esto solo es relevante si las superficies están muy juntas. La otra parte del efecto es obligar al aire a curvarse hacia arriba, al igual que las alas hacen que el aire se curve hacia abajo, lo que reduce la presión por conservación del impulso (se necesita una fuerza hacia arriba para que el aire cambie de dirección). Esto es relevante con cualquier distancia entre las superficies, o incluso sin una segunda superficie, simplemente tener la otra superficie cerca reduce la resistencia.
@JanHudec Muy bien, ¿entonces no tienes que curvarte hacia el suelo para reducir el volumen? Gracias por la explicación sobre el movimiento ascendente también.
¿Por qué los dos "efectos de suelo" diferentes utilizados por los aviones y los automóviles hacen cosas opuestas en casi las mismas condiciones?
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