Fuerza de Arrastre

En el estudio de la Aerodinámica, existen distintas fuerzas que actúan cuando un objeto en movimiento se desplaza a través de un fluido con cierta viscosidad. Estas fuerzas determinan el movimiento del objeto y se pueden clasificar según su dirección y su procedencia. Gracias a ellas es que hoy en día aviones de grandes masas pueden volar, autos de Formula-1 pueden maniobrar a altas velocidades, bicicletas pueden mejorar su rendimiento, etc.

Fuerza de Arrastre:

Ocurre cuando un flujo de corriente se mueve a una cierta velocidad V con respecto a un objeto (móvil) y genera efectos de fricción sobre la superficie de éste. Esta fuerza actúa en sentido de la velocidad del fluido, es decir es paralela al flujo, y corresponde a la resistencia que sufre el cuerpo al tratar de moverse por el fluido.
Esta resistencia surge cuando hay contacto directo entre el fluido y la superficie del móvil (efecto piel).La suma total de todas las fuerzas provocadas por esta interacción es lo que produce la fuerza de arrastre que tiene que romper un objeto para comenzar a moverse.


Fuerza de Sustentación y efecto Suelo:

Fuerza que se genera cuando un objeto en movimiento enfrenta un flujo de corriente y los separa en dos corrientes. Una corriente que sigue arriba del objeto y otra corriente que se desvía por debajo del objeto. Esta división del fluido en corrientes superiores e inferiores, genera un gradiente de presiones entre los lados del objeto. Si las presiones del flujo inferior son mayores que las del flujo superior, surge un fuerza neta resultante hacia arriba lo cual empuja al objeto a subir. Gracias a esta fuerza es que los aviones pueden volar. Un factor importante en la magnitud de esta fuerza es el "ángulo de ataque" con el cual el objeto se enfrenta al fluido. Entre mayor sea este ángulo, mayor va a ser el efecto de sustentación, pero si llega a superar un cierto valor crítico, su efecto es contraproducente.

Por otro lado, cuando el gradiente de presiones se da de manera inversa, es decir que las altas presiones se dan en el flujo superior, la fuerza neta resultante tiende hacia abajo, empujando al objeto a descender. Este efecto se puede ver aplicado en autos de fórmula 1 u otros dispositivos aerodinámicos. Esta fuerza es la que permite que los autos puedan correr a mayor velocidad con mayor maniobralidad.

Efecto de separacion:

Este efecto surge a partir de la fuerza de arrastre. Dadas las caracteristicas geométricas del objeto en movimiento el aire o el fluido desplazado trata de volver a su posición original despues de su interacción con el móvil. Este desplazamiento de corrientes, genera en primer lugar un vacio en la estela del objeto. Este vacio se puede aprovechar por otro objeto en movimiento que al desplazarse en la estela, no se ve afectada por la resistencia del aire y por ende su movimiento es mas facil. Ejemplo de esto es el vuelo de las aves en forma de V o las estrategias de los ciclistas para competiciones. Por lo tanto cuando varios objetos se encuentran en movimiento por un fluido, la separacion permite que su desplazamiento en conjunto requiera menos fuerza.

Por otro lado, cuando el movil se mueve cortando el viento, este efecto de separacion genera un gradiente de presiones que dificulta el movimiento dado que se forma un vacio en la estela del objeto. Por ende para evitar este problema, se debe diseñar una forma que permita que el aire desplazado vuelva a su posición original sin generar tantas turbulencias o diferencias de presiones.