¿Qué efecto tiene el efecto Bernoulli en el ascensor?

No hay problema con el efecto Bernoulli, solo con la forma en que se entiende y explica. Por lo general, se explica con errores, como la necesidad de un perfil aerodinámico asimétrico y un tiempo de flujo igual arriba y abajo, y sin mencionar la necesidad de desviar la dirección del flujo de aire.

Aquí está la mejor explicación matemática ligera que he visto . También estudie esta sección que responde directamente a su pregunta.

EDITAR: Es fácil encontrar imágenes incorrectas como esta:

a diferencia de uno correcto como este (del enlace de arriba):

Entonces, la respuesta a su pregunta es: todo el levantamiento depende del principio de Bernoulli, porque la velocidad y la presión están en compensación, pero la física debe entenderse correctamente.

A veces verá afirmaciones como "parte de la sustentación es causada por el principio de Bernoulli y otra parte es causada por las leyes de Newton", pero esta es la forma incorrecta de pensar al respecto. El hecho es que el 100% de la sustentación se puede explicar por las leyes de Newton y el 100% puede ser explicado por la ecuación de Bernoulli Ambos enfoques explican el 100% del ascensor.

El problema es que las explicaciones populares que utilizan el principio de Bernoulli generalmente hacen que las cosas sean un desayuno para perros, por lo que entiendo por qué cree que es una explicación "defectuosa", por lo general lo es. Sin embargo, aplicada correctamente, la ecuación de Bernoulli se puede utilizar para predecir el 100% de la sustentación.

Para simplificar demasiado las cosas, la aerodinámica clásica calcula la elevación de la siguiente manera:

• Escriba las ecuaciones diferenciales que expresan la conservación del impulso, la conservación de la energía y la conservación de la masa.
• resolver esas ecuaciones diferenciales y aplicar condiciones de contorno para obtener una solución
• la solución es un campo vectorial que representa la velocidad y la dirección del flujo de aire en cada punto del espacio
• Olvídate de la dirección y solo usa la magnitud del vector: esta es la velocidad
• Ahora que conoce la velocidad en todas partes, use la ecuación de Bernoulli para sustituir la presión por la velocidad.
• integre la presión sobre la superficie aerodinámica para obtener la sustentación.

Hecho correctamente, este número es el 100% del ascensor. Entonces, el principio de Bernoulli es responsable del 100% del ascensor. La cuestión es que casi toda la física está en el paso uno: el resto es un montón de matemáticas peludas y luego un truco de cálculo al final para usar la ecuación de Bernoulli para convertir la velocidad en presión. Este truco (erróneamente) lleva a algunos a pensar que la ecuación de Bernoulli de alguna manera "explica" la física, pero sin el contexto del resto de los pasos tiene poco sentido.

Si observa el contexto general, verá que la ecuación de Bernoulli es una parte pequeña y relativamente poco importante de la teoría general. Pero aplicado correctamente, predice el 100% del ascensor.

Considero evidente que un ala puede generar sustentación sin ninguna diferencia en la forma de la parte superior o inferior del ala. Después de todo, los planeadores de madera de balsa (o los que funcionan con bandas elásticas) vuelan bien con alas completamente planas. Si observa un avión de este tipo, verá que el ala está colocada en un ángulo en relación con el eje longitudinal del fuselaje: el ala está inclinada hacia arriba en la parte delantera en relación con la parte trasera. En vuelo normal, el viento relativo golpea la parte inferior del ala y la empuja hacia arriba (ley de Newton). La curvatura de la superficie superior del viento mejora la sustentación debido al efecto Bernoulli. (Pero por lo que dice Mike Dunlavey arriba, esto no es necesario para que funcione el efecto Bernoulli). He entendido que el otro factor que produce sustentación en un ala es el "efecto ram". causado por el viento que golpea la parte inferior del ala debido al ligero ángulo de ataque positivo que tiene el ala en vuelo nivelado (crucero). Ahora los aviones pueden volar invertidos, pero dado que el ángulo de ataque fijo del ala y el llamado efecto Bernoulli (o lo que sea) ahora operan en conjunto con la gravedad para empujar el avión hacia el suelo, el piloto debe volar con un morro exagerado. Actitud hacia arriba para mantener el vuelo nivelado. Esto permite que el viento golpee la superficie superior del ala (recuerde, el avión está invertido) con suficiente fuerza para compensar estos factores. Este efecto ram adicional mantiene el avión volando cuando está invertido. Creo que M. Dunlavey podría subsumir lo que llamo efecto ram bajo su interpretación de una explicación correcta usando el efecto Bernoulli. Si es así, no tengo ningún problema con eso.

No puedo decir exactamente cuánto contribuye el efecto Bernoulli al levantamiento, pero no es mucho. Las alas abombadas y las puertas de granero vuelan invertidas. El aumento de la velocidad del aire es lo mismo que el aumento de la relación de distancia. no es suficiente para producir mucha sustentación. El ala intenta generar un vórtice de anillo. Esto se ve frustrado porque el enrollamiento alrededor del borde de salida, llamado "vórtice inicial", se desprende antes del despegue. Esto deja, en vista en planta, un vórtice en forma de herradura que consta del "vórtice unido" y los dos vórtices de punta. ¡Estira tu mente aquí! El "Bound Vortex" no es convección, es difusión. Es un efecto de golpe molecular y viaja a la velocidad del sonido alrededor del ala hacia adelante por debajo y en la dirección de la corriente en la parte superior y se enrolla alrededor de las puntas. Un poco de aire sigue la difusión alrededor de las puntas y eso es convección. La presión sobre un ala no se reduce debido al aire acelerado. La presión se reduce primero por el vórtice unido que luego acelera el aire. El ala es una bomba. El aire de 18 pies por encima de un Cessna 172 se acelera hacia abajo a 5 toneladas por segundo en vuelo normal. Así es como Newton está involucrado... Para cada acción... Antes de responder, consulte un libro de texto sobre aerodinámica. Consulte también www.newfluidtechnology.com.au "El efecto Coanda y Lift".

Veo a tanta gente tratando de conseguir esto y aún cometiendo algunos errores. Mike Dunlavey y Paul Townsend tienen muchas cosas correctas, pero aún se pierden algo muy importante que pone todo esto en paz.

Primero:

El Principio y la Ecuación de Bernoulli son dos cosas completamente diferentes. Por favor, deja de confundirlos. Debe comprender que el Principio/Teorema/Efecto de Bernoulli no causa nada ni explica la ciencia.

El Principio de Bernoulli solo señala la relación inversa entre presión y velocidad: en una situación especial (y muy limitada) Y, debe observarse de una manera especial (lo explicaré más adelante ***). No dice nada acerca de qué causa qué. Además, el “aumento de la velocidad” mencionado en la redacción clásica es una aceleración y esa es la conclusión más importante de esto.

Euler, a mediados de 1700, siguió el trabajo de Bernoulli y determinó que los gradientes de presión aceleran el fluido y derivó la ecuación de Bernoulli. <-- ¡ esto es crítico !

Después:

La ecuación de Bernoulli se puede utilizar para calcular el valor de elevación. Entonces, cuando Paul dice: "El 100% se puede explicar mediante la ecuación de Bernoulli". Esto es correcto, pero incompleto y engañoso. La integración de la ecuación sobre el área del ala da la fuerza de sustentación, pero aún no sabe qué causa la presión en primer lugar.

La ecuación de Bernoulli no explica la ciencia de la causa, solo da el valor de la fuerza hacia arriba, pero no por qué sucede en primer lugar.
Cuando Paul también dice: "El 100% de la sustentación puede explicarse mediante las leyes de Newton" lo mismo , se obtiene el valor de sustentación de la transferencia de momento de lavado descendente, pero también está incompleto.

Entonces, ¿cuál es el verdadero problema?

Cuando un ala se mueve por el aire, este movimiento relativo provoca directamente diferencias de presión en las superficies.

Es así de simple.!.

A. El aumento de presión debajo del ala es causado por el simple hecho de que el ala avanza en el aire, empujándolo. Eso hace que aumente la presión. Este es el "efecto RAM" de Adak47 expresado en mejores términos.

B. La reducción de la presión por encima del ala es un poco más compleja de describir, pero se debe al simple hecho de que el aire y el ala están 'intentando' alejarse el uno del otro (el efecto opuesto de "ram").

Luego, y lo más importante :

Estas mismas presiones hacen dos cosas al mismo tiempo: 1. Son la diferencia de presión que empuja hacia arriba en el área del ala. 2. También provocan todas las aceleraciones de aire que vemos alrededor del ala: adelante, abajo, arriba, detrás y alrededor de las puntas.

En otras palabras, la diferencia de presión y el flujo descendente/aire desviado son DOS partes de la historia completa , no dos formas diferentes de verlo.
SON, sin embargo, dos formas de calcular la fuerza.

eso es lo que a todos les falta.

Segundo:

Deja de enfocarte solo en la forma del ala. Lo que es crítico es el patrón de flujo de aire alrededor del ala y NO es lo mismo que la forma del ala. El hecho es que TODAS las alas producen patrones de flujo muy similares. Esto va para simétrico, asimétrico, invertido y plano.

Luego, una cosa más para dejarlos boquiabiertos antes de proporcionar una referencia que explique todo esto en detalle.

Si te paras en una colina y ves pasar un ala, ¡el aire que se mueve más rápido (velocidad más alta) está debajo del ala ! ¡Sí! Estos son datos medidos y reales en un ala que genera sustentación. Esto acaba con esta tontería del "aire rápido", porque muestra que la aceleración del aire es la clave, como mencioné anteriormente.

Lo que sucede es que el aire inferior es empujado hacia adelante bastante rápido en la dirección del vuelo. Sin embargo, el aire superior es acelerado hacia atrás , realmente tirado hacia atrás, con una gran aceleración. La presión reducida es parte del gradiente de presión de Euler que provoca esta aceleración. En realidad, está viajando hacia atrás a una velocidad ligeramente más baja que el aire inferior que viaja hacia adelante...

Todo esto se menciona con más cuidado aquí:

https://www.quora.com/q/kyuoyckftflurrpq/Understanding-Bernoulli-s-Principle-Correctly

https://www.quora.com/q/rxesywwbdscllwpn/Understanding-Lift-Correctly

Saludos, Steve

PD: El vórtice ligado (circulación) tampoco causa nada, pero es algo que podemos observar porque resulta ser un efecto de la forma en que se acelera el aire cerca del ala.

En movimiento fluido lineal.

*** Cuando la presión aguas arriba es mayor que la de aguas abajo, la fuerza neta es hacia adelante, lo que acelera (aceleración positiva) el aire. Esto se llama gradiente de presión "proverse".
Este es el ÚNICO caso que describen las palabras clásicas llamadas “Principio de Bernoulli”.

Lo opuesto también es cierto.

Cuando la presión aguas abajo es más alta que aguas arriba, la fuerza neta es hacia atrás, lo que desacelera (aceleración negativa) el aire. Esto se llama un gradiente de presión "adverso".

Además,

Cuando el Gradiente de Presión está a través de la corriente, el flujo es curvo. Esto es lo que curva (o "gira") el flujo tanto por debajo como por encima de un ala.

He estudiado esto y discutido esto con dos destacados expertos en el campo y que han practicado el diseño aerodinámico, Doug McLean de Boeing y Charles Eastlake de Embry-Riddle.

Lo siento, pero la respuesta aceptada y más votada ("Todo el ascensor depende del principio de Bernoulli") aquí no puede ser correcta según:

• La respuesta aceptada y más votada a ¿Qué permite realmente volar a los aviones? ( los aviones vuelan porque empujan suficiente aire hacia abajo y reciben un impulso hacia arriba gracias a la tercera ley de Newton )

Y este video explica por qué : las diferentes velocidades de los flujos de aire por encima y por debajo de un viento es una consecuencia (no la causa) de una diferencia previa en las presiones.

Una forma de entender esto es pensar en un avión volando a través del aire perfectamente quieto. El ala acelera aire tranquilo (es decir, velocidad = 0) a aire en movimiento con dos velocidades: velocidad_arriba > velocidad_abajo.

Esto significa que las diferencias de velocidad no pueden ser la causa de las diferencias de presión: el aire estaba a velocidad 0.

Finalmente, si no fue la velocidad del aire: ¿qué causó las diferencias de presión? ¿Quizás debido a que el aire se desvía hacia abajo?

El hecho de que la ecuación de Bernoulli se pueda utilizar para calcular correctamente la fuerza de sustentación no implica que el efecto de Bernoulli sea el responsable de la sustentación.

Si la fuerza debida al empuje del aire hacia abajo es la causa real de la sustentación (la sustentación es la misma cantidad pero en la dirección opuesta), aún puede calcular la fuerza original y, por lo tanto, la sustentación midiendo una consecuencia directa de dicha corriente descendente: las diferencias de presión.

Cuando esté en el lado del pasajero de un automóvil que viaja a una velocidad de crucero superior a 30 mph, ya que 50 mph a aproximadamente 70 mph proporciona una mejor muestra, simplemente baje la ventana y extienda su mano hacia afuera con la palma hacia abajo, ahora inclínela ligeramente hacia atrás y sienta el 'ram air' tratando de empujar su mano en un movimiento hacia arriba. Esto es todo lo que necesita saber para comprender cómo vuela un ala, ya que el ángulo de ataque hacia arriba en relación con el aire en calma (inclinación hacia atrás de la mano) es de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 grados antes de que comience a acercarse al punto de pérdida aerodinámica mientras proporcionando la mayor parte de la sustentación necesaria para un vuelo nivelado sostenido. Si el efecto Bernoulli proporcionara mucha vida, no habría necesidad de que todos los aviones "giraran" en el despegue al alcanzar V1.

Lo anterior es ciencia CORRECTA. Hablé con Mark Drela del MIT, el profesor/autor Charles Eastlake y el profesor/autor John D. Anderson y otros. ¡Bernoulli explica/causa NADA! Solo describe la relación inversa de presión/velocidad observada en algunas situaciones, pero NO proporciona ninguna causa. La velocidad NO provoca ningún cambio de presión. En resumen, la aceleración es causada por el gradiente de presión (Euler). Lea mi publicación anterior. Aquí hay un video corto que explica mejor por qué se reduce la presión a lo largo de un flujo curvo convexo (sobre un ala) Es correcto: física: https://www.youtube.com/watch?v=3MSqbnbKDmM