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Al Final del Hilo: El Mundo de las cometas Por Juan Miguel Suay Belenguer Cometas Introducción 1 Definición de Cometa Diccionario de Autoridades (1726-1739) Definición de Cometa Según el diccionario de la Real Academia de la Lengua 1. M. Astron. Astro generalmente formado por un núcleo poco denso y una atmósfera luminosa que le precede, le envuelve o le sigue, según su posición respecto del sol, y que describe una órbita muy excéntrica 2. F. Armazón plana y muy ligera, por lo común de cañas, sobre la cual se extiende y pega papel o tela; en la parte inferior se le pone una especie de cola formada con cintas o trozos de papel, y, sujeta hacia el medio a un hilo o bramante muy largo, se arroja al aire, que la va elevando, y sirve de diversión a los muchachos 2 Definición de Cometa Según la OACI AERONAVE es toda máquina que puede sustentarse en la atmósfera por reacciones del aire que no sean las reacciones del mismo contra la superficie de la tierra Las aeronaves pueden clasificarse en: AERODINOS (aeronaves más pesadas que el aire) Con motor: avión, giroavión (giroplano y helicóptero) y ornitóptero sin motor: planeador y COMETA AEROSTATOS (aeronaves más ligeras que el aire) Con motor: dirigible sin motor: globo libre y globo cautivo Definición de Cometa Una cometa es una máquina voladora (aeronave) formada por una estructura plana o tridimensional construida de un material muy ligero y recubierta de una vela. El conjunto se amarra a uno o a varios hilos, al ser soltada, se mantiene en el aire por la acción del viento 3 Clases de Cometas Cometas de un hilo o cometas estáticas son las cometas que permanecen estables en el aire alrededor de una posición de equilibrio. Necesitan solo hilo para su control Cometas deportivas (acrobáticas y de tracción) son aquellas que posen más de un hilo, por medio de ellos se puede dirigir a la cometa en su vuelo. Dependiendo del número de ellos que emplean para este control, las cometas pueden ser de dos, tres y cuatro hilos Estática De tracción Acrobática Cometas Estáticas 4 Cometas Estáticas Planas Cometa formada por un armazón plano, recubierto con la vela, necesita de una cola para su estabilización Cometas Estáticas Curvadas o de Ángulo Diedro Originaria de la isla de Java, la cometa curvada se caracteriza por no tener cola. Su estabilidad, se consigue por la forma que se produce al arquear el travesaño horizontal. 5 Cometas Estáticas de Caja o Celulares Son estructuras tridimensionales consistentes en varias cajas conectadas entre si con los extremos abiertos Cometas Estáticas Semiflexibles Son cometas con o sin varillas, con una vela flexible, que adquieren su forma por la acción del viento. 6 Cometas Estáticas Parafoils Este tipo de cometas no necesita de ninguna varilla, su forma y rigidez de vuelo se consigue por medio de unas bolsas internas que se hinchan con el viento, obteniéndose una forma alar de gran estabilidad y una gran fuerza de sustentación Cometas Estáticas Rotor Estas cometas son básicamente un Autogiro sin motor. Su principio de funcionamiento se basa en que un cuerpo en rotación inmerso en una corriente de aire, además de ser arrastrado por la misma, experimenta una fuerza de sustentación vertical hacia arriba 7 Cometas Deportivas Cometas Deportivas de Dos Hilos 8 Cometas Deportivas de Tres Hilos Cometas Deportivas de Cuatro Hilos 9 Cometas Física del Vuelo de una Cometa Cometa Plana Ideal 10 Equilibrio Como ocurre con cualquier objeto volador, las cometas tienen tres ejes de rotación: cabeceo, balanceo y guiñada. Para que la cometa tenga un vuelo estable es necesario el control de los tres ejes, impidiendo su giro respecto a los mismos. Mediante el hilo y las bridas se consigue el control del cabeceo y el balanceo. La guiñada se consigue mediante colas, quillas, agujeros, curvaturas o con los paneles verticales en las cometas celulares Estabilizadores AGUJERO CURVATURA QUILLA COLA PANELES VERTICALES 11 Ángulos y Velocidades Fuerzas Aerodinámicas (I) CL = L 1 ( ρ v2v ) A 2 CD = D 1 ( ρ v 2v ) A 2 12 Fuerzas Aerodinámicas (II) Fuerzas Aerodinámicas (III) 13 Peso Fuerzas debidas a la Tensión del Hilo 14 Equilibrio 2D r r r T = Fa + P P ⋅ p = Fa ⋅ r Equilibrio 2D (Viento Fuerte) 15 Gráfico a – x/a Estabilidad 2D (Viento Fuerte) Perturbación el el borde de ataque 16 Estabilidad 2D (Viento Fuerte) Perturbación el el borde de fuga Equilibrio 2D (Viento Débil) 17 Equilibrio 2D (Viento Débil) Centro de Gravedad Detrás Centro de Gravedad Delante Deformaciones 18 Deformación Axial (I) Deformación Axial (II) 19 Deformación Diédrica Brida Básica (I) 20 Brida Básica (II) Brida Básica (III) 21 Brida Básica (IV) Y/c < 0,3 Brida Básica (V) 22 Brida Básica (VI) Semejanza (I) Fa ~ A vv2 P~ r V Vv 2 ≈ P A L3 MR ≈ P 23 Semejanza (II) Condiciones del cambio de escala Sea una cometa con dimensiones L, volando con una velocidad del viento Vv. Realicemos un cambio de escala de factor X, ¿Cuál debe ser el nuevo peso (P1) y el nuevo ratio de masa (MR1), para que la cometa vuele con el mismo viento?. L1 = X L Vv = Vv 1 = A 1 = X2 A P1 2 X A L3 MR ≈ P = P P1 = ; A A1 P ⇒ P1 = X 2 P A L 3 X 3L3 XL3 MR 1 ≈ 1 = 2 = ⇒ MR 1 = X MR P1 P X P Conclusión: El peso debe aumentar en el factor de escala al cuadrado y aumentar el ratio de masa en el mismo factor de escala Semejanza (III) Condiciones del cambio de escala Sea la cometa de dimensiones lineales L, realicemos un cambio de escala de factor X, manteniendo el mismo ratio de escala. ¿Cuál debe ser el nuevo peso (P1) y con qué nueva velocidad del viento volará?. L1 = X L A1 = X 2 A MR1 = MR P X 3P XP Vv 2 ≈ 1 = = A1 X2A A MR ≈ L31 P1 L31 L3 = P1 P X 3L3 L3 = ⇒ P1 = X3P P1 P 1 Vv 2 ≈ P ⇒ Vv 2 = XVv 2 A Vv 1 = Vv X 1 Conclusión: El peso debe aumentar en el factor de escala al cubo y la velocidad del viento nueva con el que volará debe aumentar en la raíz cuadrada del factor de escala 24 Semejanza (IV) Tabla Resumen CONDICIÓN 1 CONDICIÓN 2 VELOCIDAD DEL VIENTO INVARIABLE RATIO DE MASA INVARIABLE X>1 X<1 X>1 X<1 No varía la carga vélica (P/A) No varía la carga vélica (P/A) Mayor carga vélica (P/A) Menor carga vélica (P/A) El peso crece con el área El peso disminuye con el área El peso crece con el volumen El peso disminuye con el volumen Mayor estabilidad Menor estabilidad Se necesita un material más ligero Se puede utilizar un material más pesado En vientos fuertes alguna perdida de estabilidad La estabilidad no cambia o a veces crece con vientos ligeros Se necesita menos viento para volar Se necesita más viento para volar Cometas Usos 25 Arte de Pesca Salvamento Marítimo (I) 26 Salvamento Marítimo (II) Salvamento Marítimo (III) 27 Meteorología (I) COMETA TIPO HARGRAVE Meteorología (II) COMETA TIPO HARGRAVE 28 Meteorología (III) COMETA TIPO HARGRAVE Meteorología (IV) COMETA DE EDDY 29 Meteorología (V) El 1 de agosto de 1919, en el Observatorio de Lindenberg, situado en Alemania, se elevó un tren de ocho cometas que alcanzó los 9740 m. de altitud, Fotografía Aérea Con Cometas (I) Sistema de Arthur Batut 30 Fotografía Aérea Con Cometas (II) Sistema Emili Wenz Suspensión Wenz-Batut Fotografía Aérea Con Cometas (III) Sistema Joseph Lecornu 31 Fotografía Aérea Con Cometas (IV) Terremoto de San Francisco (1906) George Lawrence Cometa tipo Conyne Fotografía Aérea Con Cometas (V) 32 Cometas Tripuladas (I) Cometas Portadoras Huida del hijo de Tametomo de la Isla de Hachijo (legendario) Sistema de Lamson (1896) Cometas Tripuladas (II) Cometas Elevadora Baden-Powell (1894) Wise (1897) 33 La Cometa y Radio Cometas Militares (I) Sistema “eleva-personas” de S.F. Cody (1903) 34 Cometas Militares (II) Sistema y cometa “eleva-personas” de Schreiber (1903) Cometas Militares (III) Sistema y cometa “elevapersonas” de Madiot (1909) 35 Cometas Militares (IV) Sistema “eleva-personas” de Saconey (1910) Cometas Militares (V) Globos cautivos de Observación 36 Cometas Militares (VI) Focke Archgelis Fa 330 Bachstelze Cometas Militares (VII) Focke Archgelis Fa 330 Bachstelze 37 Cometas Militares (VIII) Cometa-blanco antiaéreo de Paul Garber (1942) Cometas Militares (IX) Globos Barrera 38 Cometas Militares (X) Cometa barrera de H.C. Sauls (1941) Otros Usos (I) Ascenso del mensajero de Daniel Colladon (1844) Cometa de Herring (1896) Carricoche arrastrado por cometas de Pocock (1826) 39 Otros Usos (II) Medición de la Columna de Pompeyo (Alejandría) con ayuda de una cometa 2002 Juan M. Suay Belenguer 40