Resistencia al aire: definición, fórmula y ejemplos

Definición de resistencia del aire

Imagínese dejar caer una manzana desde lo alto de un rascacielos y verla caer. Intuitivamente, puede adivinar que caerá a una velocidad más rápida justo antes de golpear el suelo que en el momento en que lo soltó. En otras palabras, la manzana aceleró mientras caía. Sin embargo, ¿hay alguna forma de describir cuantitativamente el movimiento de un objeto a través del aire? Si dejáramos caer la misma manzana desde un avión, ¿alcanzaría alguna vez una velocidad máxima descendente?

La resistencia del aire es la fuerza que ejerce el aire sobre los objetos que lo atraviesan. Los científicos a menudo se refieren a esta fuerza como fuerza de arrastre o arrastre, un término que usaremos indistintamente a lo largo de la lección. Tenga en cuenta que, en muchos casos, «arrastre» puede referirse a cualquier tipo de fluido, no solo al aire. Sin embargo, para los propósitos de nuestra discusión, siempre nos referiremos al aire como el fluido.

Por lo general, esta fuerza se dirige en sentido opuesto al movimiento del objeto, lo que lo ralentiza. Si alguna vez sacó la mano por la ventanilla de un automóvil a alta velocidad, habrá notado cómo el aire empuja su mano en una dirección opuesta a la del movimiento del automóvil. Cuando se deja caer una hoja de papel al suelo, la resistencia del aire ralentiza su caída.

Aunque solo nos centraremos en la fuerza que las moléculas de aire ejercen sobre los objetos sólidos, es importante mencionar que esta fuerza puede existir entre diferentes capas de fluidos además de existir entre un objeto sólido y un fluido. Ahora, analicemos la resistencia del aire desde una perspectiva matemática.

Resistencia del aire en matemáticas

La fuerza de resistencia del aire depende de varios factores, como se muestra en esta ecuación:

Tenga en cuenta que si la velocidad del objeto se duplica, la fuerza de arrastre se cuadruplica. También debe tener en cuenta que el coeficiente de arrastre es un número adimensional, derivado de pruebas de laboratorio, que varía para diferentes tipos de fluidos y objetos.

Ahora, si dejamos caer una manzana desde un avión, eventualmente alcanzará una velocidad máxima que no aumentará más, también conocida como velocidad terminal . En una clase de física, es posible que haya aprendido que cuando se aplica una fuerza a un objeto, como una persona que empuja un carro, el objeto se acelera en la dirección en que se aplica la fuerza. Cuando la manzana que cayó del avión está en caída libre, dos fuerzas actúan sobre ella. El primero es la gravedad , que lo empuja hacia el suelo, mientras que el otro es la resistencia del aire, que ralentiza su caída.

Dado que la manzana se deja caer desde una altitud tan alta, la fuerza de arrastre eventualmente será igual en magnitud y opuesta en dirección a la fuerza de gravedad. En ese punto, la suma de todas las fuerzas, conocida como fuerza neta , sobre la manzana será cero. Una fuerza neta cero implica una aceleración cero, lo que significa que la manzana seguirá viajando a velocidad constante hasta tocar el suelo.

Resumen de la lección

En esta lección, discutimos cómo el aire ejerce una fuerza sobre los objetos que se mueven a través de él, también conocida como resistencia del aire o fuerza de arrastre. Esta fuerza se dirige en sentido opuesto al movimiento del objeto, lo que hace que se desacelere. Cuando un objeto ha estado en caída libre durante un tiempo suficiente, el arrastre y las fuerzas gravitacionales se igualan, lo que hace que el objeto alcance una velocidad terminal . En algún momento, la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto en movimiento, o fuerza neta , dará como resultado una fuerza neta cero o una aceleración cero.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador