Por qué los aviones de Phoenix no pueden despegar en calor extremo
Crédito de la imagen: Getty Images
Por Elizabeth Howell, para Space.com Junio 20 de 2017
Phoenix sólo proporcionó otra razón para odiar el vuelo: el calor. Con las temperaturas allí esperadas golpear 119 grados de Fahrenheit, (48,34 Celsius) las líneas aéreas cancelaron más de 40 vuelos hoy.
Espere. ¿Qué? ¿Los aviones no pueden volar porque está demasiado caliente? Eso es una locura.
No en realidad no. Según las noticias, el calor plantea un problema particular para los aviones de pasajeros CRJ de Bombardier, que tienen una temperatura máxima de operación de 118 grados. Aviones más grandes de Airbus y Boeing pueden manejar 126 grados Fahrenheit (52,22 Celsius) más o menos.
DE ACUERDO. ¿Pero por qué? ¿Cómo vuela un avión?
Antes de que usted pueda entender cómo puede ser demasiado caliente para volar, usted tiene que entender cómo los aviones vuelan. Todo el mundo le gusta dar una respuesta simple, como "Todo se trata de ascensor". Sí, eso es cierto, pero no es muy convincente. Para llegar realmente a la física involucrada aquí, es necesario mirar el principio de impulso. El principio de momentum dice que la fuerza total sobre un objeto es igual a la velocidad de cambio del momento, donde el momento es la masa multiplicada por la velocidad.
En este punto, usted puede estar pensando en el cambio de impulso del avión. No lo hagas. En su lugar, considere el cambio en el momento del aire que choca con el plano. Imagínese que cada molécula de aire es una bola pequeña golpeada por el avión. Este diagrama que hice para otro post sobre el vuelo podría ayudar:
El ala en movimiento colisiona con las bolas de aire (no, no las llamaré moléculas de aire). Las bolas de aire cambian de impulso, lo que requiere una fuerza. Como las fuerzas siempre vienen en pares, la fuerza que el ala ejerce sobre las bolas es la misma magnitud que la fuerza que las bolas ejercen en el ala. Esto hace dos cosas. En primer lugar, proporciona una fuerza ascendente que algunas personas llaman ascensor. En segundo lugar, proporciona una fuerza hacia atrás llamada resistencia. Usted no puede alcanzar el levantamiento sin resistencia.
Dado que el avión debe moverse para generar elevación, necesita empuje para aumentar su velocidad. También es necesario empujar para equilibrar la fuerza de arrastre una vez que está volando a la velocidad que desee. Típicamente, un motor a chorro o una hélice proporcionan el empuje. Supongo que podrías usar un motor de cohete si te hacía feliz, pero sea lo que uses, así es como vuelan los aviones.
¿Qué tiene que ver esto con la temperatura?
Si el ala colisiona con una bola de aire, no conseguirá mucha elevación. Para generar más elevación, necesita más colisiones con las bolas de aire. Varias cosas pueden lograr esto. (Si quieres jugar con un simulador de balón de aire, echa un vistazo a éste). El piloto puede volar más rápido, aumentando la velocidad a la que las bolas de aire entran en contacto con el ala. Los ingenieros pueden diseñar alas con mayor superficie, porque un ala más grande golpea más bolas de aire. Otra forma de aumentar la superficie es usar un mayor ángulo de ataque inclinando las alas. Finalmente, un avión puede tener más colisiones con bolas de aire si hay más bolas de aire. En otras palabras, el aumento de la densidad del aire aumenta la elevación.
Lo que me lleva a la temperatura del aire.
Piense en todas las bolas de aire alrededor de usted en este momento. Se mueven en todas las direcciones posibles ya diferentes velocidades. Y chocan con cosas. A medida que la temperatura aumenta, la velocidad media de la bola aumenta también. Con una mayor velocidad (media), las colisiones de la bola de aire tienen más de un impacto en otras bolas de aire. El aumento de la temperatura hace que el gas se expanda. A medida que el volumen aumenta, la densidad del aire disminuye.
¿Recuerda lo que dije acerca de una mayor densidad del aire generando más elevación? Bueno, lo contrario también es cierto: Menos densidad de aire genera menos elevación. Y ese es el problema en Arizona. La densidad del aire es simplemente demasiado baja para que algunos de esos aviones despeguen.
Te oigo diciendo: "Bueno, ¿por qué no compensar la disminución de la densidad del aire aumentando la velocidad?" ¿Cómo lo haces en el suelo? Necesitarías una pista más larga. Y así esos vuelos fueron cancelados. Por lo menos el aeropuerto tiene aire acondicionado.
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Por Elizabeth Howell, para Space.com Junio 20 de 2017
Phoenix sólo proporcionó otra razón para odiar el vuelo: el calor. Con las temperaturas allí esperadas golpear 119 grados de Fahrenheit, (48,34 Celsius) las líneas aéreas cancelaron más de 40 vuelos hoy.
Espere. ¿Qué? ¿Los aviones no pueden volar porque está demasiado caliente? Eso es una locura.
No en realidad no. Según las noticias, el calor plantea un problema particular para los aviones de pasajeros CRJ de Bombardier, que tienen una temperatura máxima de operación de 118 grados. Aviones más grandes de Airbus y Boeing pueden manejar 126 grados Fahrenheit (52,22 Celsius) más o menos.
DE ACUERDO. ¿Pero por qué? ¿Cómo vuela un avión?
Antes de que usted pueda entender cómo puede ser demasiado caliente para volar, usted tiene que entender cómo los aviones vuelan. Todo el mundo le gusta dar una respuesta simple, como "Todo se trata de ascensor". Sí, eso es cierto, pero no es muy convincente. Para llegar realmente a la física involucrada aquí, es necesario mirar el principio de impulso. El principio de momentum dice que la fuerza total sobre un objeto es igual a la velocidad de cambio del momento, donde el momento es la masa multiplicada por la velocidad.
En este punto, usted puede estar pensando en el cambio de impulso del avión. No lo hagas. En su lugar, considere el cambio en el momento del aire que choca con el plano. Imagínese que cada molécula de aire es una bola pequeña golpeada por el avión. Este diagrama que hice para otro post sobre el vuelo podría ayudar:
El ala en movimiento colisiona con las bolas de aire (no, no las llamaré moléculas de aire). Las bolas de aire cambian de impulso, lo que requiere una fuerza. Como las fuerzas siempre vienen en pares, la fuerza que el ala ejerce sobre las bolas es la misma magnitud que la fuerza que las bolas ejercen en el ala. Esto hace dos cosas. En primer lugar, proporciona una fuerza ascendente que algunas personas llaman ascensor. En segundo lugar, proporciona una fuerza hacia atrás llamada resistencia. Usted no puede alcanzar el levantamiento sin resistencia.
Dado que el avión debe moverse para generar elevación, necesita empuje para aumentar su velocidad. También es necesario empujar para equilibrar la fuerza de arrastre una vez que está volando a la velocidad que desee. Típicamente, un motor a chorro o una hélice proporcionan el empuje. Supongo que podrías usar un motor de cohete si te hacía feliz, pero sea lo que uses, así es como vuelan los aviones.
¿Qué tiene que ver esto con la temperatura?
Si el ala colisiona con una bola de aire, no conseguirá mucha elevación. Para generar más elevación, necesita más colisiones con las bolas de aire. Varias cosas pueden lograr esto. (Si quieres jugar con un simulador de balón de aire, echa un vistazo a éste). El piloto puede volar más rápido, aumentando la velocidad a la que las bolas de aire entran en contacto con el ala. Los ingenieros pueden diseñar alas con mayor superficie, porque un ala más grande golpea más bolas de aire. Otra forma de aumentar la superficie es usar un mayor ángulo de ataque inclinando las alas. Finalmente, un avión puede tener más colisiones con bolas de aire si hay más bolas de aire. En otras palabras, el aumento de la densidad del aire aumenta la elevación.
Lo que me lleva a la temperatura del aire.
Piense en todas las bolas de aire alrededor de usted en este momento. Se mueven en todas las direcciones posibles ya diferentes velocidades. Y chocan con cosas. A medida que la temperatura aumenta, la velocidad media de la bola aumenta también. Con una mayor velocidad (media), las colisiones de la bola de aire tienen más de un impacto en otras bolas de aire. El aumento de la temperatura hace que el gas se expanda. A medida que el volumen aumenta, la densidad del aire disminuye.
¿Recuerda lo que dije acerca de una mayor densidad del aire generando más elevación? Bueno, lo contrario también es cierto: Menos densidad de aire genera menos elevación. Y ese es el problema en Arizona. La densidad del aire es simplemente demasiado baja para que algunos de esos aviones despeguen.
Te oigo diciendo: "Bueno, ¿por qué no compensar la disminución de la densidad del aire aumentando la velocidad?" ¿Cómo lo haces en el suelo? Necesitarías una pista más larga. Y así esos vuelos fueron cancelados. Por lo menos el aeropuerto tiene aire acondicionado.
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