¿Pueden los aviones despegar de una cinta de correr?

Tenga en cuenta que esta es más una pregunta de física que de aviación.
Este tema se ha cubierto ampliamente en el sitio de Physics Stack Exchange , y las respuestas allí son de lectura recomendada para cualquiera que tenga curiosidad sobre las fuerzas y la física involucradas.

Si tuviera una cinta de correr gigante que fuera un plano infinito, tuviera una velocidad infinitamente ajustable y pudiera caminar a lo largo de cualquiera de sus dimensiones, ¿podría despegar un avión?

¡Oh no, no la cinta de correr!
¡Ahhhhh! Bueno, teníamos que tenerlo aquí. ;)
Alguien construyó una cinta de correr gigante para probar esto. Vea el video de Cazadores de Mitos a continuación
Cabe señalar que la versión xkcd hace que la fresadora coincida activamente con la velocidad de la rueda, lo que genera un conflicto, mientras que esta pregunta solo supone que la fresadora se puede mover libremente, lo que tiene una respuesta clara.
La cinta de correr es irrelevante. Todo lo que puede hacer es hacer girar las ruedas. No puede mover el avión. Myth Busters debe considerarse un entretenimiento y no una investigación científica seria. Hicieron un pésimo trabajo con este y demostraron, bueno, que un avión puede volar.
@Simon: no creo que entienda su punto de que todo lo que Mythbusters demostró fue que el avión podía volar. Pusieron un avión sobre una gran lona, ​​hicieron que Jamie tirara de la lona en una dirección mientras un ultraligero aceleraba en la otra. A menos que quisiera que construyeran una pista de aterrizaje con cinta transportadora motorizada con el presupuesto de un programa de televisión, no creo que pudieran haber ilustrado mejor el concepto. O está descartando la posibilidad de que no hubiera salido de control (cuando mucha gente discutía ese punto de vista) o no entiende lo que mostró el experimento.

Respuestas (6)

Todos colectivamente dijeron "Oh, Dios, este no" porque esta misma pregunta ha provocado intensos debates en el pasado. Las aeronaves dependen del flujo de aire sobre el perfil aerodinámico (alas/cola, etc.) para producir sustentación, que es independiente del movimiento de los neumáticos. Esto significa que con suficiente aire pasando por el ala, la aeronave volará incluso si no se mueve hacia adelante en absoluto en relación con el suelo.

Esta es la razón por la que los aviones en las rampas de los aeropuertos deben estar amarrados al suelo. Esto no es solo para evitar que rueden, sino que despeguen en caso de que el flujo de aire sea lo suficientemente rápido sobre el ala.

Si está interesado en un segmento entretenido, MythBusters hizo un experimento bastante científico al respecto.

Aunque no es perfecto, creo que hace un buen trabajo explicando los conceptos.

No es que no se mueva con respecto al suelo, es que la caminadora no puede evitar que se mueva con respecto al suelo .
Todo lo que hizo el video de Mythbusters fue probar que las ruedas del avión podían girar al doble de las RPM necesarias para que el avión despegara.
@FreeMan: las ruedas giran libremente y esencialmente no están conectadas al avión. Piénsalo así: si te acuestas boca arriba con patines, ¿puedo levantar tu pierna haciendo girar las ruedas? Estás diciendo que puedo.
@slebetman no estoy seguro de seguirte. El avión avanzaba a X nudos, mientras que Jamie tiraba de la "cinta transportadora" hacia atrás a X nudos. Las alas generaron suficiente sustentación para el despegue, pero las ruedas giraron a 2X. Por lo tanto, todo lo que demostró el video fue que las ruedas podían soportar girar a 2X, donde normalmente girarían a X. Entiendo completamente que el despegue no tiene nada que ver con la velocidad de rotación de las ruedas y es por eso que indiqué que el experimento no No probar nada más.
@FreeMan: Las ruedas que pueden manejar el giro a la velocidad X no tienen nada que ver con evitar que el avión avance. Las ruedas actúan básicamente como cojinetes de rodillos. La única forma de detener el avión es hacer que las ruedas exploten (lo que en teoría se puede hacer con un molino de roscas). También hubo una respuesta en el SE de física que señaló que la inercia rotacional de las ruedas puede impartir una pequeña fuerza en el avión. Pero se necesitaría que las ruedas se movieran a la velocidad de la luz o más allá para tener algún efecto notable.
@FreeMan, excepto que acaba de describir los requisitos para que el avión despegue de una cinta de correr. Las ruedas simplemente tienen que poder girar libremente al doble de la velocidad de despegue sin que la fricción del eje a mayor velocidad reduzca la velocidad del avión por debajo de la velocidad necesaria para despegar. Así, demostraron que un avión puede despegar de una cinta transportadora.
@slebetman Creo que estamos diciendo exactamente lo mismo, solo que en direcciones opuestas, así que aceptaré no estar de acuerdo con la redacción de nuestras declaraciones y aceptaré el principio de que la cinta transportadora debajo de las ruedas tiene un impacto insignificante (como máximo) en la capacidad del avión para despegar.
El "experimento" que demostraría que la cinta transportadora no tiene nada que ver con el despegue sería hacer que el piloto hiciera avanzar el motor a velocidad de crucero mientras Jamie tira de la cinta en la dirección del despegue . Las ruedas no rodarían en absoluto, pero eventualmente se generaría suficiente velocidad del viento, el avión despegaría y, con cierta habilidad, el piloto saldría, aunque lentamente.

Sí.

Los aviones obtienen su impulso utilizando el aire. Las ruedas no están accionadas. El arrastre de las ruedas limitará la velocidad a la que puede ir la caminadora antes de que el avión ya no pueda despegar.

Es más fácil de entender si elige un marco de referencia diferente. Suponga que la caminadora está parada pero el aire se mueve a su alrededor en cualquier dirección con cualquier velocidad.

Note que acabo de describir un día ventoso.

¿Ha habido alguna vez un avión que se haya ido volando o que haya sido levantado en un día ventoso?
@SargunDhillon Sí. –enlace de YouTube de slebetman.
El argumento del día ventoso es algo defectuoso. Si el viento sopla a lo largo del aeródromo, los aviones despegarán contra el viento.
@Taemyr no hay nada que impida que el avión encienda el transportador de longitud infinita y gire hacia el viento.
@ratchetfreak, diría que la pregunta implica que, en ese caso, el molino de hilos funcionaría al revés. Esencialmente girando el viento.
@Taemyr, no es imposible despegar con cola y/o viento cruzado, solo que es más molesto. (recuerde que la caminadora en la pregunta es infinita en todos los lados)
@ratchetfreak De acuerdo, la pregunta es equivalente a despegar de un aeródromo infinitamente largo con un viento de cola laminar de fuerza arbitraria. También estoy de acuerdo en que esto sería posible. - Sin embargo, creo que aquellos que afirman que la aeronave no pudo despegar del threadmil también afirmarían que la aeronave no pudo despegar de este aeródromo infinito. En el mundo real, dos cosas impedirían el despegue, la longitud de la pista y las turbulencias.
@Taemyr La cinta de correr no tiene nada que ver con el lugar de donde viene el viento. Esto depende solo de "el viento" (que el OP no menciona) y el empuje / rumbo de la aeronave.

Esta pregunta es, en el mejor de los casos, ambigua. Puede haber respuestas afirmativas y negativas en función de lo que se esté haciendo con la aeronave y la cinta de correr. El punto es que para que un avión despegue, debe haber suficiente velocidad aerodinámica . Si no hay viento, la velocidad del aire es igual a la velocidad del suelo .

Suponiendo que no haya viento (dentro o en contra de la aeronave), hay dos soluciones posibles.

  • Si el avión está estacionario en relación con el suelo, no despegará (ya que la velocidad del viento es cero).

  • Si el avión se mueve con respecto al suelo (con suficiente velocidad), despegará.

Supongamos que tenemos un avión a reacción (solo por el bien de la discusión) y alguien empuja el acelerador y comienza a moverse hacia adelante. Ahora bien, como la cinta de correr tiene una velocidad infinitamente ajustable, podemos tener tres condiciones:

  • Si la velocidad de la cinta de correr es cero, el avión eventualmente generará suficiente sustentación y despegará.

  • Si la velocidad de la caminadora se ajusta de manera que el avión se mantenga estacionario en relación con la caminadora , el avión despegará (ya que se está moviendo con respecto al suelo y, por lo tanto, tiene cierta velocidad).

  • Si la velocidad de la caminadora se ajusta de modo que el avión se mantenga estacionario en relación con el suelo , el avión no puede despegar, ya que las velocidades del suelo y del aire son cero. Tenga en cuenta que, en este caso, la velocidad de la aeronave en relación con la cinta de correr es el doble de la velocidad a la que funciona la cinta de correr.

Si hay viento, la velocidad de avance requerida se puede ajustar en consecuencia, pero el principio sigue siendo el mismo. Por ejemplo, si la velocidad del viento es igual a la velocidad requerida para el despegue, el avión despegará aunque esté estacionario con respecto al suelo.

Una vez más, el concepto importante aquí es la velocidad aerodinámica. No importa si el avión está en una cinta rodante, vías de tren o pista.

Su última viñeta es defectuosa, y es todo el problema con este estúpido "acertijo". La cinta de correr no tiene absolutamente ninguna forma de superar el empuje independiente generado por los motores; no puede evitar que la aeronave se mueva en relación con el suelo y, por lo tanto, con el viento.
@Dan Hasta que el avión despega, las ruedas están en el suelo. Si la velocidad de la cinta de correr coincide con la velocidad de rotación de las ruedas (tenga en cuenta que la cinta de correr tiene una velocidad infinita y no importa la fricción de rodadura), el avión teóricamente podría estar estacionario en relación con el suelo. Este problema se debe a que la pregunta es bastante abierta y sin límites.
@aeroalias ¿Cómo? La física no coincide: supongo que a cierta velocidad es posible que tenga una falla en el cojinete de la rueda, pero mientras esos cojinetes funcionan, casi no hay relación entre el empuje hacia adelante y la rotación de las ruedas.
@Dan Consulte la misma pregunta en Physics Stackexchange para obtener una explicación mucho más clara de lo que estoy tratando de decir.
Este problema es que el n. ° 3 no es posible. No importa qué tan rápido esté funcionando la cinta de correr, las llantas del avión giran libremente, así que simplemente gire más rápido mientras el avión continúa haciendo lo que estaba haciendo antes (acelerando si está bajo potencia). Dicho de otra manera, si los motores estuvieran apagados y pusiera en marcha la cinta de correr (suponiendo que los frenos no estén puestos), los neumáticos patinarían pero el avión permanecería estacionario. Tenga en cuenta que, para mayor claridad, esto ignora la fricción entre el eje y el cubo de la rueda y que eventualmente comenzaría a moverse lentamente, pero esto se supera con el empuje en la pregunta.
Lo que todos extrañan es que la caminadora y lo que está haciendo es totalmente irrelevante. Lo único que puede hacer es hacer girar las ruedas (ignorando la fricción, que es un error de redondeo en las fuerzas involucradas). Lo único que importa es el aire sobre las alas y la única forma en que se puede generar (suponiendo viento cero) es que la aeronave produzca empuje de la manera normal. La primera mitad de tu respuesta es correcta. La segunda mitad está mal. La cinta de correr no puede mover la aeronave.
Esta es la única respuesta que entra en detalles sobre las diferentes interpretaciones legítimas de la pregunta, por lo tanto, esta es la única respuesta completa. Dicho esto, hay un error en el tercer punto. Para mantener el avión estacionario en relación con el suelo, la velocidad relativa entre el avión y la cinta de correr es mucho mayor que el doble. La cinta de correr solo puede reducir la velocidad del avión a través de la resistencia a la rodadura parásita en las ruedas. IE fricción.
Debido a la pérdida parasitaria, si el avión genera suficiente empuje para viajar a 100 km/h, solo viajará a 99 km/h si está en tierra. Si la caminadora va en la otra dirección a 100 kph, solo reduciría la velocidad del avión en 1 kph adicional. Sería lo mismo que el avión dando suficiente empuje para ir a 200 km/h: solo iría a 198 km/h en tierra. Necesitas que la fuerza que la cinta de correr aplica al avión sea igual a la fuerza que el avión aplica al aire. Y su cinta de correr tiene solo un 1-5% de eficiencia para reducir la velocidad del avión.
@Shane Tal como está, la pregunta solo puede responderse aplicando suposiciones y restricciones. Si introduce fricción, impulso y resistencia a la rodadura en esta tontería hipotética, entonces se vuelve totalmente incontestable a menos que se agreguen límites y restricciones empíricas a la pregunta.

Sí. En realidad, no importa mucho en qué dirección y qué tan rápido giraría la caminadora; el avión despegará.

El único requisito para generar sustentación es moverse lo airsuficientemente rápido. La velocidad es creada por el empuje. Y el empuje del motor de la aeronave no depende de la velocidad con respecto al suelo ("suelo" sería la superficie de la cinta para correr en este caso).

La cinta de correr solo puede afectar la velocidad de avance, por lo que no tendría ningún efecto sobre el empuje del motor. Por lo tanto, tampoco tendría un efecto significativo sobre la velocidad del aire, a menos que sea a través de las fuerzas de fricción en los cojinetes de las ruedas. Supongo que estas fuerzas son pequeñas en comparación con la potencia del motor.

La única posibilidad, ya que el chasis de la aeronave está diseñado solo para la velocidad de avance limitada, es que la cinta de correr puede impedir el despegue girando en la dirección opuesta lo suficientemente rápido como para provocar el colapso del chasis.

Si ignoramos la fricción, la cinta de correr no afectaría ni la velocidad de avance ni la velocidad del aire, a menos que esté definiendo "velocidad de avance" como la velocidad relativa a la superficie de la cinta de correr en movimiento. Si está definiendo 'velocidad respecto al suelo' como relativa a la Tierra en la que se encuentra la cinta de correr (es decir, definición normal de velocidad respecto al suelo), la velocidad respecto al suelo diferiría de la velocidad aerodinámica solo por el viento que hubiera en ese momento.
¿Qué fuerzas harían que el chasis colapsara?
@Octopus Fricción en los cojinetes de las ruedas que genera un par en los puntales del tren de aterrizaje.
"Velocidad respecto al suelo" me refiero a la superficie de la cinta rodante (el "suelo" del que despega el avión). La máquina para correr puede obligar a las ruedas a girar más rápido de lo que los cojinetes pueden soportar si se mueve lo suficientemente rápido en la dirección opuesta.
@DavidRicherby Sin mencionar la fricción en los cojinetes de las ruedas y la fricción en la superficie del neumático (tanto con aire como con la superficie de la cinta de correr) que probablemente prende fuego al engranaje.

Teóricamente sí. En realidad depende.

teóricamente

No tomamos en cuenta la fricción en los rodamientos de las ruedas del tren de aterrizaje o entre la caminadora y las ruedas. Esto significaría que con el avión inactivo, si la cinta de correr se mueve, el avión permanecerá inmóvil. Puedes probar esto poniendo un carro de juguete en una hoja de papel. Si mueves el papel de un lado a otro, el auto realmente no se mueve. La única razón por la que el automóvil se mueve es por la fricción. Si eliminara la fricción en las ruedas, el automóvil no se movería en absoluto. Ahora hemos establecido que la pista en movimiento no tiene influencia sobre el avión. El piloto es libre de arrancar el motor y despegar.

En realidad

La respuesta real depende del diseño y los límites del avión/cinta rodante:

  • En la vida real hay fricción en el tren de aterrizaje. Hay límites a la velocidad a la que pueden girar las ruedas antes de fallar. Pero, también habría un límite en la velocidad a la que podría ir la cinta de correr.
  • Hay límites a la rapidez con la que la cinta de correr y el avión pueden acelerar y cambiar de dirección. Un piloto puede hacer que la cinta de correr avance en una dirección y luego girar y despegar en la otra.
  • Una cinta de correr muy grande que se mueve a alta velocidad crearía viento. Un viento lo suficientemente fuerte puede permitir que un avión despegue aunque esté parado.
    La cantidad de viento generado dependería exactamente de qué tan lisa sea la superficie y qué tan grande sea.
"o entre la caminadora y las ruedas". Si no tiene en cuenta la fricción entre los neumáticos y la máquina para correr, las ruedas ni siquiera girarán. El avión simplemente patinaría sobre la superficie de la caminadora.

Tuve una idea aquí: si estamos considerando una caminadora perfecta y ruedas/cojinetes perfectos en el avión, no despega.

El avión comienza a rodar. La cinta de correr iguala la velocidad de la rueda, pero esto simplemente hace que las ruedas giren más rápido; mientras el avión esté rodando, la cinta de correr está en una carrera interminable contra la rueda.

Dado que estamos viendo un sistema perfecto, este avanza sin límite e infinitamente rápido: la cinta de correr (y el borde exterior de la rueda) se acercará a la velocidad de la luz. La masa crece sin límite, el avión es demasiado pesado para despegar.

En el mundo real con sistemas imperfectos algo tiene que ceder.

1) Las ruedas tienen una velocidad máxima. Excede eso por mucho y tu tren de aterrizaje explotará. El avión cae sobre la caminadora, la fricción es demasiado grande para que la supere, es arrojado hacia atrás y luego se detiene.

2) La cinta de correr tiene una velocidad máxima. Si las ruedas pueden sobrevivir a la velocidad de despegue más esta velocidad, el avión despega, de lo contrario, #1.

3) La caminadora tiene una tasa de aceleración finita. Es muy posible que el avión despegue antes de que la cinta de correr haya alcanzado una velocidad considerable.

¿Pueden los aviones despegar de una cinta de correr?
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