¿Cómo puede un cernícalo revolotear en el viento?

Question

Cernícalos son aves rapaces comunes en Europa, Asia, África y Norteamérica. Pertenecen a la familia de los halcones, pero tienen una capacidad única para planear en el aire. Puede encontrar un montón de vídeos (Ver 1 , 2 , 3 , 4 , por ejemplo) sobre estas fascinantes criaturas si busca "caza del cernícalo".

(Puede hacer clic en las imágenes para ver los vídeos)

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Retrovisor : Vídeo de wildaboutimages ( enlace aquí )

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Vídeo de viralhog ( enlace aquí )

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Vista lateral a cámara lenta: Vídeo de wildaboutimages ( enlace aquí )

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Aunque admiro cómo estabilizan la cabeza, me fascina su capacidad para permanecen inmóviles en el aire . Obsérvese que el ave no tiene ningún apoyo externo y no bate las alas durante este proceso. No hay desplazamiento horizontal a pesar de que hay un flujo de viento razonablemente fuerte (suficiente para soportar su peso).

¿Por qué el pájaro no sale despedido hacia atrás como lo haría, por ejemplo, un avión de papel con el viento?

Aunque podría ser posible que el movimiento sea tan pequeño para que lo veamos, ver y volver a ver el vídeo me hace pensar lo contrario. ¿Lograron por fin las aves librarse del arrastre, o se trata de un equilibrio de fuerzas muy delicado?

También hay que señalar que este comportamiento no se limita a los cernícalos ni siquiera a las aves. Véase este vídeo de una lechuza común cazando, por ejemplo (no tan impresionante, pero digna de mención.), o este vídeo donde un ala delta planea grácilmente al viento.

Answer 1

Un diagrama de cuerpo libre para un perfil aerodinámico de ala fija tiene en cuenta cuatro interacciones: peso, empuje, sustentación y resistencia. En una aerodinámica sin propulsión, el empuje es cero.

[ fuente ]

Son aproximadamente perpendiculares entre sí, pero no del todo:

• La fuerza del peso siempre apunta hacia abajo.
• La "resistencia" es la parte de la interacción aerodinámica que es antiparalela al movimiento a través del aire.
• La "sustentación" es la interacción aerodinámica perpendicular al movimiento a través del aire.
• La dirección del empuje (en vuelo propulsado) depende de la orientación de su motor.

Si el movimiento del ala a través del aire está perfectamente nivelada, las fuerzas de sustentación y resistencia son verticales y horizontales, y el movimiento a velocidad constante (incluido el movimiento a velocidad cero, como el vuelo estacionario) es imposible: no hay nada que se oponga a la fuerza de resistencia horizontal, por lo que el ala acelerará en la dirección de la resistencia. Del mismo modo, si el movimiento del ala a través del aire tiene una componente ascendente, entonces las partes horizontales de la resistencia y la sustentación apuntan en la misma dirección. Pero en la ilustración, el movimiento a través del aire tiene una ligera inclinación hacia abajo, lo que significa que el vector de sustentación tiene una componente horizontal que apunta hacia delante y que, en principio, puede anular la parte horizontal de la resistencia.

El cernícalo "planea" sobre una ligera corriente ascendente, de modo que su velocidad anula exactamente la velocidad del viento.

Gaviotas también rondan y lo hacen en bandadas . Cuando ves una bandada de gaviotas revoloteando, todas lo hacen en la misma dirección y tienden a estar relativamente cerca unas de otras. Ese es el lugar donde la corriente ascendente es más fuerte.

Answer 2

Las tres fuerzas principales que actúan sobre el cernícalo se muestran con las flechas de abajo (izquierda).

Está el peso vertical, la sustentación del aire que fluye sobre las alas y la fuerza de resistencia del viento, (la flecha azul que va ligeramente hacia arriba, como se describe en la respuesta de Rob).

Estas tres fuerzas deben tener una resultante nula, forman un "triángulo de fuerzas", diagrama de la derecha.

(las gaviotas también lo hacen)

Answer 3

Sólo si hay un tiro ascendente

Sí, tienes toda la razón en que, si el viento hubiera sido sólo horizontal a lo largo del suelo, el vuelo estacionario habría sido imposible (sin que el pájaro añadiera empuje activamente por sí mismo).

Así que en todos estos casos, el pájaro está usando una muy ligera tiro ascendente para encontrar ese estado inmóvil.

Lo mismo ocurre con ese planeador. Fíjate en que están empezando en el borde de una pendiente descendente. Esto significa que, como están de cara al viento, el viento se está precipitando arriba la pendiente, y por lo tanto tiene un componente vertical significativo.

Por lo tanto, en relación con la masa de aire en movimiento, el pájaro y el planeador planean abajo Pero debido al movimiento ascendente del aire en relación con el suelo, puede anular o, en el caso del planeador, superar el movimiento descendente del piloto.

Después, sólo es cuestión de adaptar la resistencia horizontal para que la componente horizontal de la velocidad también se anule, lo que permite a algunas aves planear aparentemente inmóviles.

Answer 4

Por muy preciso variación directa de sustentación y resistencia de sus alas.

En Nasa y las otras respuestas señalan, tres fuerzas principales actúan sobre el pájaro. La sustentación, la resistencia y el peso de su cuerpo. El problema (de control) para el pájaro es ahora equilibrar estas tres fuerzas, lo que se complica aún más porque también tiene que mantener su actitud de rotación mientras el viento cambia rápidamente de magnitud y dirección.

El pájaro sólo puede conseguirlo modificando directamente las fuerzas de sustentación y resistencia que genera con su ala. De hecho, se puede ver que en el vídeo, el pájaro gira su ala (para generar más sustentación) o pliega y despliega ligeramente sus alas para variar su envergadura (para disminuir la sustentación y la resistencia combinadas). La clave es que puede afectar directamente a cuánto se genera sustentación y resistencia. Si no fuera así, el pájaro subiría o bajaría, o se alejaría horizontalmente en cualquier dirección. Puedes ver este efecto exacto en tu segunda edición, en la que haces referencia a un ala delta, que se aleja trepando.

Como nota al margen: también tiene que mantener su rotación, lo que consigue con las plumas de la cola y los componentes de sustentación diferencial de su ala, así como con la resistencia diferencial de sus alas. Esto demuestra que se trata de una hazaña increíble del ave para controlar sus fuerzas de sustentación y resistencia, así como su rotación, de forma que su cabeza sea capaz de equilibrar el movimiento restante. Esto es sencillamente increíble.

P.D. quizás esta pregunta encajaría mejor en aviation.stackexchange...

Answer 5

Básicamente, la fuerza de sustentación generada por el aire que pasa alrededor de sus alas no es perfectamente hacia arriba perpendicular al suelo, sino que está un poco inclinada hacia delante. La componente hacia delante de esa fuerza resulta ser exactamente la misma que la componente hacia atrás del viento, mientras que la componente hacia arriba de la sustentación resulta ser la misma que la fuerza de gravedad. Todas las fuerzas se anulan y el pájaro se mantiene inmóvil.