Efecto de un paracaidas
Aventarte desde grandes alturas puede no ser la mejor idea y sin lugar a dudas puede terminar en consecuencias desastrosas para quién cae. Sin embargo, aventarse desde aviones, acantilados y otros puntos de gran altura se ha convertido desde ya hace tiempo en un deporte ¿Cómo algo tan peligroso se ha vuelto algo tan cotidiano para muchas personas? La respuesta yace en las leyes de la naturaleza así como la creatividad e intelecto humano.
La respuesta a este problema es el uso de un paracaídas al realizar un salto ya sea en un deporte o debido a una emergencia en la aeronave. El propósito de estos equipos está implícito en su nombre. Los paracaídas son capaces de reducir la velocidad de aterrizaje de un individuo cayendo hasta en un 90 por ciento. Sin embargo, la pregunta persiste ¿Cuál es el principio detrás de los paracaídas?
El diseño de los paracaídas es bastante ingenioso y el principio detrás puede considerarse relativamente sencillo. Los paracaídas fueron diseñados hace aproximadamente un siglo y su diseño, materiales y ensamblaje ha ido evolucionando a lo largo del tiempo para hacer de estos más versátiles y seguros. Pero el principio continúa siendo el mismo, incrementar la fuerza de arrastre.
La fuerza de arrastre juega un papel fundamental en la física y dinámica de los objetos fuera del vacío. En nuestros cursos de física aprendemos que la gravedad ejerce una fuerza sobre los objetos atrayendolos hacia una masa de mayor tamaño. En el planeta tierra la gravedad nos mantiene “atados” a su superficie, y al saltar, la fuerza de gravedad nos empuja hacia el núcleo de la tierra. Esta fuerza es aproximadamente igual en todos los puntos de la tierra (varía pero poco) y hace que los objetos aceleren aproximadamente 9.81 m/s. En la física elemental nos enseñan que los objetos caen por efecto de la gravedad a una misma velocidad sin importar su peso. Esto es cierto en condiciones de vacío (ver video). Sin embargo, sabemos que al aventar una pluma y una canica desde un quinto piso, la segunda impactará primero y con mayor velocidad el suelo.
El fenómeno anterior se debe a una segunda fuerza conocida como fuerza de arrastre (FD) que ocurre cuando los objetos se desplazan a través de un fluido (líquido o gaseoso). La fuerza de arrastre es visualizada con mayor facilidad en el agua. Los nadadores intentan desplazarse de manera elegante, compacta y trajes de baño pegados a la piel para reducir en la medida la fuerza de arrastre del agua. Esta resistencia que ejerce el agua o cualquier fluido es proporcional al área del objeto en contacto con el fluido y la velocidad con la que este se desplaza. Si nos aventamos al agua con brazos y pies extendidos sentimos más fuerza de resistencia por parte del agua que si hacemos esto con una postura de flecha. El mismo incremento en fuerza puede experimentarse entre entrar al agua con un clavado o caminando, a mayor velocidad del objeto el fluido ejerce mayor resistencia. Calcular el valor exacto de FD es complicado ya que hay muchas variables afectando, incluyendo la geometría del objeto. Para objetos como aviones, autos, proyectiles, etc. Estos valores son ampliamente estudiados y su geometría es sencilla por lo que contamos con fórmulas que dan buenas aproximaciones a estos valores.
En una caída libre el aire actúa como fluido y los mismos principios son válidos. Al caer nuestra velocidad irá aumentando hasta que la fuerza de arrastre y la de gravedad se equilibren y se alcance una velocidad de caída terminal (no continuamos acelerando hasta el infinito). Sin embargo, la velocidad terminal desde una caída alta es suficiente para lesionarse gravemente. Por ello el paracaídas al abrirse en el momento adecuado incrementa enormemente el área de contacto con el aire, incrementando así la fuerza de arrastre y por consecuencia disminuyendo en la misma proporción la velocidad de caída. Así se logra transformar una velocidad terminal de aproximadamente 60 m/s a unos 5 m/s, salvando así muchas vidas.
Videos:
https://www.youtube.com/watch?v=E43-CfukEgs
Referencias:
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