Capitulo 5 Physics Of Aviation Flashcards
Materia
• La materia es de lo que están hechas todas las cosas; ocupa espacio, tiene masa y es perceptible por los sentidos.
• Ley de Conservación de la Materia: La materia no se crea ni se destruye, solo cambia de forma.
• Ejemplo: Cuando la gasolina se evapora y se quema, parece desaparecer, pero sigue existiendo en forma de gases.
Masa
• La masa es la cantidad de materia en un objeto (cantidad de átomos, protones, neutrones y electrones).
• Permanece constante sin importar la ubicación o el cambio de estado.
• Fórmula de la masa: Masa = Peso ÷ Gravedad (32.2 fps² en la Tierra).
• Ejemplo: Un objeto que pesa 32.2 lb en la Tierra tiene una masa de 1 slug.
Peso
• El peso es la fuerza de gravedad que actúa sobre la masa de un objeto.
• Más masa = más peso bajo la gravedad de la Tierra.
• Fórmula del peso: Peso = Masa × Gravedad.
• Los astronautas en el espacio parecen estar ingrávidos porque están en caída libre, no porque la gravedad haya desaparecido.
Atracción
• La atracción es una fuerza mutua entre partículas de materia que tiende a unirlas.
• Sir Isaac Newton la llamó la “Ley de la Gravitación Universal”.
• Newton demostró que:
• Cada partícula de materia atrae a todas las demás.
• Las personas son atraídas por la Tierra.
• Los planetas se atraen entre sí en el sistema solar.
Porosidad
• La porosidad es la presencia de poros o espacios donde pueden encajar partículas más pequeñas en una mezcla.
• A veces se denomina granular, lo que significa que está compuesto o parece estar compuesto por pequeños granos o gránulos.
Impenetrabilidad
• La impenetrabilidad significa que dos objetos no pueden ocupar el mismo lugar al mismo tiempo.
• Dos porciones de materia no pueden ocupar el mismo espacio simultáneamente.
Densidad
• La densidad de una sustancia es su peso por unidad de volumen.
• Se expresa en lb/ft³ (sistema inglés) o g/cm³ (sistema métrico).
• Fórmula: Densidad = Peso ÷ Volumen.
• Ejemplo: El agua tiene una densidad de 62.4 lb/ft³ o 1 g/cm³ a 4 °C.
Densidad y temperatura
• La temperatura afecta el volumen de una sustancia, pero no su peso.
• Al aumentar la temperatura, la sustancia se expande y su densidad disminuye.
• Al disminuir la temperatura, la sustancia se contrae y su densidad aumenta.
Densidad de los gases
• La densidad de los gases varía según la presión y la temperatura.
• Más presión = mayor densidad (proporción directa).
• Se mide en condiciones estándar: 0 °C y 76 cm Hg (presión atmosférica al nivel del mar).
Gravedad específica
• Es la comparación de la densidad de una sustancia con otra.
• Estándares:
• Líquidos y sólidos: Se comparan con el agua.
• Gases: Se comparan con el aire o el hidrógeno.
• Se expresa como un número sin unidades.
Calculo de la gravedad específica
• Fórmulas:
• Gravedad específica = Peso de la sustancia ÷ Peso de un volumen igual de agua
• Gravedad específica = Densidad de la sustancia ÷ Densidad del agua
• Ejemplo: Un fluido hidráulico con gravedad específica de 0.8 significa que 1 ft³ del fluido pesa 0.8 veces lo que pesa 1 ft³ de agua (49.92 lb).
Hidrómetro
• Dispositivo usado para medir la gravedad específica de los líquidos.
• Funcionamiento:
• Un flotador con escala graduada se sumerge en el líquido.
• En agua pura, la lectura es 1000.
• Si el líquido es más denso, el flotador sube (mayor gravedad específica).
• Si el líquido es menos denso, el flotador baja (menor gravedad específica).
Uso del Hidrómetro en Baterías
• Se usa para medir la gravedad específica del electrolito en baterías de avión.
• Lecturas:
• Batería descargada: ~1.150
• Batería cargada: 1.275 - 1.310
• Un electrolito con 1.150 es 1.15 veces más denso que el agua.
Energía
• La energía es la capacidad de realizar trabajo.
• Cuando decimos que tenemos energía, significa que podemos hacer mucho trabajo.
• Existen dos tipos de energía:
1. Energía potencial
2. Energía cinética
Energía potencial
• Es la energía almacenada o en reposo.
• Se clasifica en tres tipos: 1. Por posición (Ejemplo: agua en un embalse elevado, un avión levantado con gatos). 2. Por deformación de un cuerpo elástico (Ejemplo: resorte comprimido, cuerda elástica estirada). 3. Por acción química (Ejemplo: gasolina, alimentos, baterías).
Fórmula de la energía potencial
• Energía Potencial = Peso × Altura
• Se mide en pie-libra (ft-lb) o pulgada-libra (in-lb).
• Relación con el trabajo: ambos implican una fuerza aplicada a una distancia.
Ejemplo de Energía Potencial
• Un Boeing 747 de 450,000 lb se eleva 4 ft para mantenimiento.
• Cálculo: • PE = 450,000 lb × 4 ft • PE = 1,800,000 ft-lb • Esta es la energía almacenada debido a su posición.
Energía Potencial en el Combustible
• La gasolina de aviación tiene energía potencial debido a su contenido de BTU (unidad térmica británica).
• 1 lb de gasolina = 18,900 BTU • 1 BTU equivale a 778 ft-lb de trabajo. • 1 lb de gasolina puede generar 14,704,200 ft-lb de trabajo.
• Un tanque lleno de combustible en un avión almacena una enorme cantidad de energía potencial.
Energía Cinética
• Es la energía de un objeto en movimiento.
• Ejemplos: • Un avión rodando en la pista. • Un volante de motor girando. • Se mide en pie-libra (ft-lb) o pulgada-libra (in-lb) (igual que la energía potencial).
Fórmula de la Energía Cinética
• Energía Cinética = ½ × Masa × Velocidad²
• Como Masa = Peso ÷ Gravedad, la fórmula se ajusta para mantener las unidades en ft-lb.
Ejemplo de Cálculo
• Un Airbus A380 de 600,000 lb rueda por la pista a 200 fps.
• Cálculo: • KE = ½ × (600,000 ÷ 32.2) × 200² • KE = 372,670,000 ft-lb • Esta es la energía que tiene el avión debido a su movimiento.
Fuerza
• Es la intensidad de un impulso o entrada de energía.
• Si se aplica una fuerza a un objeto, este tiende a moverse. • Es el inicio de procesos como trabajo, potencia y torque.
Unidades de Fuerza
• Sistema inglés: Libras (lb).
• Sistema métrico: Newtons (N).
• Conversión: 1 lb = 4.448 N.
Fórmula de la Fuerza
• Fuerza = Masa × Aceleración
• Se usa para calcular el empuje de motores de turbina.
• Ejemplo:
• El motor GE90-115 (Boeing 777-300) genera 115,000 lb de empuje.
Estudio de las Máquinas y el Trabajo Mecánico
• Las máquinas transforman energía de entrada en energía de salida.
• Trabajo mecánico ocurre cuando una fuerza vence una resistencia a través de una distancia medible.
• Si no hay movimiento, no se considera trabajo.
Fórmula del Trabajo Mecánico
• Trabajo = Fuerza × Distancia
• En el sistema inglés:
• Fuerza en libras (lb)
• Distancia en pies (ft) o pulgadas (in)
• Resultado en pie-libra (ft-lb) o pulgada-libra (in-lb)
• En el sistema métrico:
• Fuerza en newtons (N)
• Distancia en metros (m)
• Resultado en joules (J)
Ejemplo 1: Levantar un Airbus A-320
• Peso del avión: 150,000 lb
• Altura levantada: 4 ft
• Cálculo:
• Trabajo = 150,000 lb × 4 ft
• Trabajo = 600,000 ft-lb
Ejemplo 2: Remolcar un Boeing 737-800
• Peso del avión: 130,000 lb
• Fuerza aplicada al remolque: 5,000 lb
• Distancia recorrida: 80 ft
• Cálculo:
• Trabajo = 5,000 lb × 80 ft
• Trabajo = 400,000 ft-lb
Trabajo Horizontal vs. Vertical
• Mover algo horizontalmente requiere menos trabajo que levantarlo verticalmente.
• Ejemplo:
• Es más fácil empujar un auto que levantarlo del suelo.
Trabajo y Fricción
• Sin fricción, sería imposible caminar o detenerse sin chocar con algo.
• La fricción puede ser útil (agarre de los zapatos) o problemática (desgaste de piezas mecánicas).
Importancia de la Fricción
• Sin fricción, sería imposible caminar o detenerse sin chocar con algo.
• La fricción puede ser útil (agarre de los zapatos) o problemática (desgaste de piezas mecánicas).
Tipos de Fricción
- Fricción estática: Fuerza necesaria para empezar a mover un objeto en reposo.
- Fricción deslizante: Fuerza necesaria para mantener un objeto deslizándose.
- Fricción rodante: Fuerza necesaria para mantener un objeto rodando (generalmente menor que la deslizante).
