sustentacion y arrastre

Introducción

Un cuerpo en movimiento inmerso en un fluido experimenta fuerzas ocasionadas por la acción del fluido. El efecto total de estas fuerzas es muy complejo. Sin embargo, para propósitos de diseño o estudio del comportamiento del cuerpo en un fluido, son dos las fuerzas resultantes de mayor importancia: El arrastre y la sustentación. Las fuerzas de arrastre y sustentación son iguales,sin que importe si es el cuerpo el que se mueve en el fluido o el fluido es el que se mueve alrededor del cuerpo. La fuerza que suele separarse en una componente en la misma dirección pero sentido opuesto al movimiento relativo en el fluido, es llamada fuerza de arrastre, y otra normal al movimiento, es llamada fuerza de sustentación.
Estas fuerzas se originan por la suma de las fuerzas normalesy tangenciales a la superficie del cuerpo. El arrastre debido a los esfuerzos tangenciales se denomina “arrastre viscoso” y es importante en aquellos casos en los cuales el área superficial paralela a la dirección del movimiento es grande comparada con el área proyectada normal al movimiento.
Arrastre
En dinámica de fluidos, el arrastre o fricción de fluido es la fricción entre un objeto sólidoy el fluido (un líquido o gas) por el que se mueve. Para un sólido que se mueve por un fluido o gas, el arrastre es la suma de todas las fuerzas aerodinámicas o hidrodinámicas en la dirección del flujo del fluido externo. Por tanto, actúa opuestamente al movimiento del objeto, y en un vehículo motorizado esto se resuelve con el empuje. La fuerza debe contrarrestarse por medio de una fuerza depropulsión en la dirección opuesta con el fin de mantener o incrementar la velocidad del vehículo. Como la generación de una fuerza de propulsión requiere que se agregue energía, es deseable minimizar el arrastre
El arrastre es una fuerza mecánica sobre un cuerpo provocada por un fluido que resiste el movimiento en la dirección del recorrido del cuerpo. Es generada por la interacción y contacto deun cuerpo rígido y un fluido. No es generado por un campo de fuerzas como en el caso de fuerzas gravitacionales o electromagnéticas donde no es necesario el contacto físico. Para que exista arrastre el cuerpo debe estar en contacto con el fluido.
Siendo una fuerza, el arrastre es un vector que va en la dirección contraria al movimiento del cuerpo. Existen muchos factores que afectan la magnituddel arrastre. La magnitud de la sección efectiva de impacto y la forma de la superficie.
Un efecto que produce arrastre es el de roce aerodinámico con la superficie llamado efecto piel entre las moléculas del aire y las de la superficie sólida. Una superficie muy suave y encerada produce menos arrastre por este efecto que una rugosa. A su vez este efecto depende de la magnitud de las fuerzasviscosas. A lo largo de la superficie se genera una capa de borde formada por moléculas de baja energía cinética y la magnitud de la fricción de piel depende de las características de esta capa. Se encuentra en la vecindad inmediata de la superficie del cuerpo.
Otro efecto muy importante es el de arrastre de forma. La forma de un cuerpo produce una determinada distribución de las presiones debido a lasvelocidades locales. Integrando estas presiones sobre toda la superficie del cuerpo obtendremos la fuerza de arrastre.
Existen otros tipos de arrastre llamados arrastres inducidos que son producidos por la dinámica del flujo debido a la forma particular del cuerpo. Los vórtices que se producen en las puntas de las alas de los aviones generan este tipo de arrastre. Las alas muy cortas y anchastienen grandes arrastres. La formación de ondas de choque al acercarse un cuerpo a la velocidad del sonido en el fluido es fuente también de resistencia al movimiento.
Las fuerzas de arrastre se expresan con frecuencia en la forma:
F/J=arrastre=CD((ρv^2)/2)A
El término CD es el coeficiente de arrastre, un factor adimensional. Su magnitud depende básicamente de la forma física del objeto y su...