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INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DE LANAVEGACIÓN A VELA
J. J. Ruiz-Lorenzo
Departamento de FísicaUniversidad de Extremadura
http://www.unex.es/fisteor/juan
IES Sierra la Calera (Santa Marta)15 de Abril de 2010
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 1 / 30
Plan de la charla
Tipos de navegación (a favor yen contra del viento).
Experimento.Fuerzas sobre objetos enfluidos (vela, quillas y alas):flotabilidad (Arquímedes),resistencia y sustentación.Equilibrio de un barco.Predicción de la velocidad delbarco a vela.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 2 / 30
Plan de la charla
Tipos de navegación (a favor yen contra del viento).Experimento.
Fuerzas sobre objetos enfluidos (vela, quillas y alas):flotabilidad (Arquímedes),resistencia y sustentación.Equilibrio de un barco.Predicción de la velocidad delbarco a vela.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 2 / 30
Plan de la charla
Tipos de navegación (a favor yen contra del viento).Experimento.Fuerzas sobre objetos enfluidos (vela, quillas y alas):flotabilidad (Arquímedes),resistencia y sustentación.
Equilibrio de un barco.Predicción de la velocidad delbarco a vela.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 2 / 30
Plan de la charla
Tipos de navegación (a favor yen contra del viento).Experimento.Fuerzas sobre objetos enfluidos (vela, quillas y alas):flotabilidad (Arquímedes),resistencia y sustentación.Equilibrio de un barco.
Predicción de la velocidad delbarco a vela.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 2 / 30
Plan de la charla
Tipos de navegación (a favor yen contra del viento).Experimento.Fuerzas sobre objetos enfluidos (vela, quillas y alas):flotabilidad (Arquímedes),resistencia y sustentación.Equilibrio de un barco.Predicción de la velocidad delbarco a vela.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 2 / 30
Tipos de navegación a vela
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 3 / 30
¿Es posible navegar en contra del viento?
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 4 / 30
¿Es posible navegar en contra del viento?
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 4 / 30
Experimento: ¿Fuerza sobre una vela navegando enbolina?
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 5 / 30
Experimento: ¿Fuerza sobre una vela navegando enbolina?
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 5 / 30
Experimento: ¿Fuerza sobre una vela navegando enbolina?
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 5 / 30
Flujo alrededor de un sólido
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 6 / 30
Curvatura del flujo alrededor de un sólido
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Principio de Bernouilli
Principio de Bernouilli:
p +12ρv2 = Constante en la linea de corriente
Conservación de la cantidad de fluido:
ρAv = Constante
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Principio de Bernouilli (Aplicación) (I)
Efecto Venturi:
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Principio de Bernouilli (Aplicación) (II)
Alas/Velas/Quilas:
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 10 / 30
Animación: Flujo de aire sobre un ala
Animación: Flujo de aire sobre un ala
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Sustentación (quillas/velas)
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 12 / 30
Alas/Velas/Quillas en 3D
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 13 / 30
Aerodinámica de la quilla
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 14 / 30
Vórtices generados por las alas (I)
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 15 / 30
Vórtices generados por las alas (II)
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Vórtices generados por las alas (III)
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Vórtices generados por las velas
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Principio de Arquímedes
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Principio de Arquímedes
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 19 / 30
Resistencia
De forma.
De onda.Inducida.De la capa límite.
De fricción.Nota: Resistencia de perfil=Resistencia de la capa límite +Resistencia de fricción.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 20 / 30
Resistencia
De forma.
De onda.Inducida.De la capa límite.
De fricción.Nota: Resistencia de perfil=Resistencia de la capa límite +Resistencia de fricción.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 20 / 30
Resistencia
De forma.
De onda.Inducida.De la capa límite.
De fricción.
Nota: Resistencia de perfil=Resistencia de la capa límite +Resistencia de fricción.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 20 / 30
Resistencia
De forma.
De onda.
Inducida.De la capa límite.
De fricción.
Nota: Resistencia de perfil=Resistencia de la capa límite +Resistencia de fricción.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 20 / 30
Resistencia
De forma.
De onda.Inducida.
De la capa límite.
De fricción.
Nota: Resistencia de perfil=Resistencia de la capa límite +Resistencia de fricción.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 20 / 30
Resistencia
De forma.
De onda.Inducida.De la capa límite.
De fricción.
Nota: Resistencia de perfil=Resistencia de la capa límite +Resistencia de fricción.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 20 / 30
Resistencia
De forma.
De onda.Inducida.De la capa límite.
De fricción.Nota: Resistencia de perfil=Resistencia de la capa límite +Resistencia de fricción.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 20 / 30
Resistencia inducida (estela turbillonaria)
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 21 / 30
Resistencia inducida (estela turbillonaria)
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 21 / 30
Resistencia de onda (estela del barco)
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Ondas
Mar profundo: v = 2.5√λ(m) kt. T = 0.8
√λ(m) s.
Las olas más grandes (en long. onda) se mueven más rapido.Mar poco profundo: v = 6.1
√d(m) kt. Todas las olas se mueven
a la misma velocidad (por ejemplo, en la orilla).
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 23 / 30
Ondas
Mar profundo: v = 2.5√λ(m) kt. T = 0.8
√λ(m) s.
Las olas más grandes (en long. onda) se mueven más rapido.Mar poco profundo: v = 6.1
√d(m) kt. Todas las olas se mueven
a la misma velocidad (por ejemplo, en la orilla).
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 23 / 30
Ondas
Mar profundo: v = 2.5√λ(m) kt. T = 0.8
√λ(m) s.
Las olas más grandes (en long. onda) se mueven más rapido.
Mar poco profundo: v = 6.1√
d(m) kt. Todas las olas se muevena la misma velocidad (por ejemplo, en la orilla).
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 23 / 30
Ondas
Mar profundo: v = 2.5√λ(m) kt. T = 0.8
√λ(m) s.
Las olas más grandes (en long. onda) se mueven más rapido.Mar poco profundo: v = 6.1
√d(m) kt. Todas las olas se mueven
a la misma velocidad (por ejemplo, en la orilla).
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 23 / 30
Diagrama de Fuerzas
Equilibrio (mov. uniforme): ∑i
Fi = 0
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 24 / 30
Diagrama de Fuerzas
Equilibrio (mov. uniforme): ∑i
Fi = 0
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 24 / 30
Momentos
Equilibrio: ∑i
Mi = 0
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 25 / 30
Momentos
Equilibrio: ∑i
Mi = 0
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 25 / 30
Momentos
Equilibrio: ∑i
Mi = 0
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 25 / 30
Viento Real/Aparente
Ecuación General:
vreal = vaparente + vbarco
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 26 / 30
Viento Real/Aparente
Ecuación General:
vreal = vaparente + vbarco
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 26 / 30
Viento Real/Aparente
Ecuación General:
vreal = vaparente + vbarco
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 26 / 30
¿Puede un barco navegar a mayor velocidad que lavelocidad real del viento? (I)
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 27 / 30
¿Puede un barco navegar a mayor velocidad que lavelocidad real del viento? (I)
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 27 / 30
¿Puede un barco navegar a mayor velocidad que lavelocidad real del viento?(II)
Hydroptére consiguió el record del mundo (4/9/2009), sosteniendouna velocidad de 51.36 kt durante 500 m en 30 kt de viento.
El 8/11/2009 rompió la barrera de los 50 kt durante 1 NM con unavelocidad de 50.17 kt.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 28 / 30
¿Puede un barco navegar a mayor velocidad que lavelocidad real del viento?(II)
Hydroptére consiguió el record del mundo (4/9/2009), sosteniendouna velocidad de 51.36 kt durante 500 m en 30 kt de viento.El 8/11/2009 rompió la barrera de los 50 kt durante 1 NM con unavelocidad de 50.17 kt.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 28 / 30
¿Puede un barco navegar a mayor velocidad que lavelocidad real del viento?(II)
Hydroptére consiguió el record del mundo (4/9/2009), sosteniendouna velocidad de 51.36 kt durante 500 m en 30 kt de viento.El 8/11/2009 rompió la barrera de los 50 kt durante 1 NM con unavelocidad de 50.17 kt.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 28 / 30
¿Puede un barco navegar a mayor velocidad que lavelocidad real del viento?(III)
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 29 / 30
Video Promocional del Hydroptére
Video Promocional del Hydroptére
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) FÍSICA de la NAVEGACIÓN a VELA Aulas de Vela-2010 30 / 30
