Estructura y análisis del papalote

Actualmente hay papalotes de las más diversas formas. Los papalotes son bellamente decorados y toman además la forma de rombos, cubos, así como también toman muchísimas figuras como pájaros, mariposas o peces; los más populares y fáciles de hacer son los de forma rómbica, pues bastan un par de varillas de madera y un trozo de tela o plástico para el cuerpo, un cordón para volarlo y trozos de tela o plástico para la cola. Los más elaborados se usan en competencias donde se evalúan la velocidad, belleza y coordinación (al estilo de los vuelos coordinados de los aviones) y pueden llegar a costar varios cientos de dólares.

También, los papalotes se compran ya hechos y son generalmente de plástico, pero la alegría y la emoción que se experimenta al verlos elevarse en el cielo son las mismas.

Para Benjamín Franklin el papalote fue un artefacto impredecible. Fue un accidente lo que hizo que Benjamín se diera cuenta  de la atracción del papalote hacia un rayo (Pararrayo); atrae la electricidad de las tormentas para que estas no afecten a persona y/o  edificio al alcance, así como árboles, etc. Con esto también explicó los dos tipos de electricidad: negativa, positiva. Sin saberlo, el experimento fue muy arriesgado, porque si un rayo hubiera tocado el hilo del papalote, Franklin posiblemente hubiera recibido una fuerte descarga eléctrica.

Partes y  componentes del papalote.

Una cometa es una máquina voladora formada por una estructura plana o tridimensionalconstruida 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

¿Por qué vuelan las cometas?

En una cometa podemos diferenciar las siguientes partes: armazón o estructura, vela o revestimiento, amarre (hilo y brida) y elementos estabilizadores o cola.

Una superficie plana expuesta en una corriente de aire bajo un ángulo determinado, hace que el aire se desvíe hacia abajo, esto hace que el viento, por la parte inferior de la cometa, sea frenado, generándose una depresión en la parte superior del plano en virtud del Teorema de Bernoulli.

En consecuencia aparece una fuerza aerodinámica (F), esta fuerza se descompone en un componente horizontal o resistencia del aire (A) y en una fuerza de sustentación (S), que es la que eleva al cometa venciendo el peso (P). La cometa vuela en equilibrio, cuando la tensión de la cuerda (T) compensa la resistencia del aire y el exceso de fuerza de sustentación.

El papalote funciona gracias a la fuerza y dirección del viento, un cometa vuela porque va quitando aire hacia abajo para poder elevarse, y hacia afuera para darle estabilidad.

En su vuelo intervienen además:

Tensión: Es la fuerza aplicada a un cuerpo que le produce una extensión o, si es negativa, compresión; es decir, la tensión es la fuerza que tiende a separar las partículas que componen un elemento, estirándolo.

Gravedad: Es la fuerza de atracción mutua que experimentan dos objetos con masa. Se trata de una de las cuatro fuerzas fundamentales observadas hasta el momento y está presente de manera cotidiana, bajo el nombre de peso.

Sustentación: Es la fuerza de empuje hacia arriba que permite a la cometa volar.

La sustentación es perpendicular a la dirección del viento. El fenómeno de la sustentación es desde hace siglos bien conocido por la gente que trabaja en la construcción de tejados: saben, por experiencia, que el material de la cara a sotavento del tejado (la cara que no da al viento) es arrancado rápidamente, si no está correctamente sujeto a su estructura.

Arrastre: Todo cuerpo que esté inmerso en la corriente de un fluido estará sometido a fuerzas y momentos de fuerzas que dependen de la forma y orientación con respecto al flujo.

Vectores: La dirección  de un papalote es relativa por el viento, pero es y lo sabemos que somos nosotros quienes le damos un sentido. El vector del papalote es paulatino por la diferencia de direcciones. Altura de 740 a 1979. Longitud 1034m. Vuela casi 3 horas.

Movimiento: el movimiento que ejerce el papalote es ondulatorio por a fuerza del aire y la cola que le proporciona cierto equilibrio que aunado a eso le da mas fliudez. Creo firmemente en que el papalote es rey del movimiento. Puede también proyectar movimiento rectilíneo.. su velocidad es constante. Los movimientos serán directamente proporcionales  por su peso energía e impulso.

Equilibrio: El papalote necesita de una cola para exista un equilibrio en el aire, la cual debe ser cinco veces más larga que el cuerpo del papalote.

Mientras el papalote vuela en una dirección la cola le brinda contrapeso y disminuye la velocidad para que este no tenga desgaste, la cola le permite también un ascenso constante sin perder lo ya dicho. Fuerza contraria.

Energía: La energía es grande, tiene gran potencial, por su ligereza y capacidad para realizar cada movimiento. El aire le proporciona la energía suficiente dándole un impulso para que este no pierda su vuelo aplicando energía cinética.. se mantiene con energía constante y firme. Su mecánica es absoluta.

Color: Siempre han sido hechos con colores intensos llamativos vivos y alegres. La vista es importante cuando se admira a algún papalote, es por eso que también en la guerras eran utilizados colores con mucha energía y fuerza, Rojos, Naranjas para ser fácil a la visión. De no ser así, el cometa se perdería (visualmente) en el cielo, es decir, diseños contrastantes.

Potencia: La potencia la ejerce gracias al trabajo que aplica el aire sobre él, llevándolo con la fuerza gravitatoria hacia el cielo, el correr hacia un lugar para que alce vuelo.

Cinética: Se convierte en energía cuando la energía potencial almacenada de un cuerpo se libera, al dejar caer o mover  un cuerpo la energía liberada es totalmente proporcional a su masa

Eólica: El movimiento del aire puede usarse para generar electricidad. Él inconveniente de la energía eólica es que requiere de muchos aerogeneradores, instaladas en una gran superficie donde el viento sea

Estructura:

Envergadura: Anchura máxima de la cometa.

Cuerda: Dimensión de la sección central de la cometa.

Brida: Dispositivo formado por uno o más cabos de cuerda que sirven para unir la cometa con la línea o hilo y permiten fijar el ángulo de ataque.

Hilo: Elemento de unión entre la cometa y el piloto. Tiene que ser resistente, ligero, largo e inextensible.

Borde de ataque: Borde de la cometa por donde incide el viento.

Borde de fuga o salida: Borde de la cometa por donde sale el viento.

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.

Factores externos:

Velocidad del viento: Vector que define la velocidad y dirección del viento respecto a tierra.

Velocidad de la cometa: Vector que define la velocidad y dirección de la cometa respecto a tierra.

Velocidad relativa: Vector que define la velocidad y la dirección del viento respecto a la cometa.

Ángulo de ataque: Es el ángulo que existe entre la cuerda y el vector de velocidad relativa.

Ángulo de incidencia: Es el ángulo que existe entre la cuerda y el vector de velocidad del viento.

Ángulo de elevación: Es el ángulo que forma el hilo y el suelo.

Centro de presiones: Punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas aerodinámicas debidas al viento.

Centro de gravedad: Punto de aplicación de todas las fuerzas debidas a la gravedad o peso de la cometa.

Centro de embriado: Punto de aplicación de la fuerza de tensión del hilo.

Como se muestra en el dibujo,  el vacío que se crea delante del papalote y la fuerza del viento, es lo que hace que se eleve. Y, por otro lado, la dirección del viento es el vector que dirige al papalote.

Al chocar el viento con el suelo, forma corrientes en varias direcciones y disminuye su velocidad. Por eso es importante tirar de la cuerda mientras se corre, una vez que el papalote alcanza mayor altura encontrara una corriente de viento más uniforme. Debido a su propia construcción, lo habitual es desplegar las cometas en lugares abiertos y ventosos, como descampados o playas, etc.

Se recomienda que se haga un ángulo de 60° y 75° respeto la superficie del piso para una mayor movilidad del mismo.

Inclusive, la estructura del papalote está meticulosamente hecha para reducir la fricción: el papalote más conocido (el que está hecho a  base de figuras geométricas, como el rombo o hexágono) tiene “picos”. Esto ayuda a “cortar” el viento y que se me mueva con la dirección que uno quiera. Aunque, este factor es muy poco constante, pues todo depende de la intensidad del viento: si es mucho, será difícil mano brearlo, pero si es escaso, será complicado que se eleve.

Ejemplo de estas obras maestras es el Festival de cometas gigantes Yokaichi, celebrado cada cuarto domingo de mayo en Higashiomi, Shiga, Japón. Donde se desafían  a las leyes de la física con tan asombrosas y colosales estructuras.

Cabe mencionar, que existen cometas inflables. Basadas en la Ley de Charles: A presión constante, un gas tiene más volumen si su temperatura es mayor.

Marcas históricas

·         Altura: más de 9740 m en 1979.

·         Duración de vuelo: 180 horas y 17 minutos

·         Longitud: 1034 m (el Kraken, cometa francesa en forma de monstruo con cola inmensa), en 1990.

·         Número de cometas simultáneas: 11.284 (en 1990).

·         Superficie: el MegaFlag del neozelandés Peter Lynn (1000 m²).

·         Mayor cantidad de personas que remontaron la misma cometa: en 1921, 234 personas tiraron del hilo de una pipa en Moruyu (Brasil).

Tipos de cometas:


Carácter del ala

      Monoplano.

      Velar flexible.

      Vela flexible dura.

      Ala rígida.

      Biplano.

      Multiplano.

      


De baja relación de aspecto. Las alas tienen una cuerda estrecha, en comparación con su envergadura.
De alta relación de aspecto. Las alas tienen una cuerda ancha, en comparación con su envergadura.
 Inflada por impacto de aire (ram-air).
De vejiga cerrada inflada con gas.
Ala rotatoria. También conocida como cometa de rotor o giroglider.

Cometas de múltiples unidades

Un cometa de unidades múltiples se puede hacer de una sola ala, de varias alas o de varias unidades de sub-cometa.

Multipiloto

Los grandes sistemas cometeros puede requerir más de un piloto.