Aunque el vuelo ha sido un logro reciente para los humanos, el viento ya era utilizado para el transporte desde hace mucho tiempo. No se sabe exactamente cuándo se invetó la vela, pero un grabado encontrado en una vasija egipcia de hace 5000 años muestra claramente un barco de vela.

Cuatro maneras de desplazarse por el agua (sin incluir el nado) son: la flotación, el remo, la navegación y el viaje en lancha con motor. El primer recorrido en el agua se logró simplemente flotando. En la actualidad aún podemos observar el uso continuo de los métodos antiguos. La gente tamil de Sri Lanka simplemente se coloca un tronco debajo del brazo para flotar. En Nueva Zelandia los Maoríes amarran manojos de carrizos para formar una balsa. La gente de Sind, Paquistán viaja flotando dentro de unas ollas, mientras que algunos iraquíes utilizan pieles de cabra llenas de aire. Durante algún tiempo, el equipo estándar de un soldado romano incluía una piel inflable para cruzar los ríos. Algunas de estas ideas fueron combinadas para crear aparatos flotantes más grandes. Se construyeron plataformas de carrizo que flotaban con pieles infladas lo suficientemente grandes para transportar elefantes a los lugares de batalla. Aldeas enteras se transportaban de un lugar a otro en un solo barco.

Una vez a flote, los seres humanos tuvieran que encontrar la manera de viajar contra la corriente del agua. El uso de palos para empujar a lo largo del fondo de los ríos, o el batir las manos o paletas de madera eran algunos de los métodos usados. Más tarde, se utilizaron remos que se movían al unísono (todos al mismo tiempo). Aún así, resultaba más sencillo viajar con la corriente. Regresar río arriba por tierra no era más rápido, pero le ahorraba mucha energía a la gente.

La invención de la vela fue una muestra de cómo los seres humanos podían usar la fuerza de la naturaleza (el viento) para mover sus embarcaciones, en vez de hacer uso solamente de la fuerza humana. La vela fue probablemente utilizada por primera vez en un barco navegando en el río Nilo hace más de 5000 años. En un dibujo de ese tiempo aparece una simple vela cuadrada sujeta a un palo cerca del frente de un barco. Incluso este primitivo (simple) diseño debió haber funcionado, y nuevos diseños aparecieron en los próximos cientos de años. Hacia el año 2400 B.C. la vela había llegado a tomar una forma oblonga (que es más larga que ancha, como un rectángulo), y podía ser vista en mástiles (postes) muy altos. El propósito era recoger los vientos que corrían por el Nilo sobre los acantilados. En el resto del Mediterráneo la vela era baja y cuadrada. Este tipo de vela era más fácil de manipular, y los egipcios más tarde cambiaron sus velas por la vela cuadrada baja. Los aparejos y cuerdas que constituyen los medios de soporte y control también fueron desarrollados durante este tiempo. Esto permitió levantar o bajar la vela cada vez que fuera necesario.

Aunque continuaron realizandose pequeñas mejorías, la forma de la vela seguió siendo igual por cerca de 4000 años. El principal problema que había con una vela cuadrada era que solamente podía ser dirigida hacia adelante con el viento soplando por detrás - el barco era empujado por el viento. Pero esto cambió en el siglo IX, A.D. cuando la vela latina o vela triangular fue inventada, probablemente por marineros árabes. Colgada de la parte de enfrente y de atrás del mástil y pudiéndose mover (cambiar de posición) fácilmente, la vela triangular recibía viento de cualquier lado. Así, el barco no era solamente empujado sino también jalado por el viento. Los inventores de la vela triangular sabían que su diseño mejoraba enormemente la velocidad del barco así como su capacidad de control (se hizo más fácil dar vuelta y maniobrar en el agua), pero no entendían los principios aerodinámicos que regían el funcionamiento de las velas. Ahora analizaremos (discutiremos) estos principios para aprender cómo los barcos de vela utilizan el viento para navegar.

Uno podría pensar que un barco podría moverse solamente en la dirección en la que sopla el viento - es decir, viento abajo. Pero una vela triangular permite que un barco se mueva contra el viento (es decir, de barlovento). Para entender cómo es posible este movimiento, primero necesitamos identificar algunas de las partes de la vela.

Un barco se mueve en dirección de barlovento (hacia donde procede el viento) utilizando las fuerzas que se generan en cada cara de la vela (triangular). Esta fuerza neta es una combinación de una fuerza positiva (que empuja) en la cara de barlovento y de una fuerza negativa (que tira o jala) en la cara de sotavento (lo opuesto a barlovento, es decir, la cara opuesta al lado de donde viene el viento), ambas actuando en la misma dirección. Aunque parezca difícil de creerlo, la fuerza que tira es realmente la más grande de las dos.

En 1738 el científico Daniel Bernoulli descubrió que un aumento en la velocidad del flujo de aire respecto a la velocidad de la corriente libre que circunda (de los alrededores) causa una que la presión disminuya donde el flujo de aire es más rápido. La trayectoria que sigue la corriente de aire más alejada de la vela tiende a ser más bien derecha puesto que no es afectada por la vela curvada. A este flujo de aire es a lo que se denomina "corriente libre". La corriente de aire libre y la curvatura de la vela crean un pequeño canal. Esto es que sucede en la cara de sotavento de la vela: el aire acelera y crea una zona de presión baja. El aire acelera debido a la curvatura de la vela. La área de baja presión creada "enfrente" de la vela jala al barco hacia adelante. Al mismo tiempo, en la cara de barlovento la presión aumenta y empuja al barco hacia adelante.

¿Cómo es esto posible, puesto que el barco se mueve contra el viento? Esto es posible solamente si la vela se coloca correctamente con respecto al viento. A esto se llama ángulo de ataque. Imagina una vela apuntando directamente al viento. El aire se parte uniformemente a cada lado - la vela se afloja en lugar de llenarse de aire para tomar una forma curvada. Por lo tanto, no hay en fuerza que empuje o jale la vela o el barco. Pero si la vela se orienta respecto al viento con justo el ángulo adecuado, de pronto la vela se llena de aire, y las se desarrollan las fuerzas aerodinámicas.

El ángulo de ataque debe ser preciso (exacto). Si el ángulo es muy cerrado con respecto a la dirección del viento o es demasiado abierto, entonces la vela no se llenará de aire.

¿Pero, cómo pueden estas presiones hacer que un barco se mueva hacia adelante? Al nivel del mar la presión de aire es 2,116 libras por pie cuadrado. Cuando aumenta el flujo de aire en la cara de sotavento de la vela se aumenta, como podrás recordar, la presión del aire disminuye. Supón que disminuye 4 libras por pie cuadrado. Asimismo, la presión en la cara de barlovento aumenta - digamos que 2 libras por pie cuadrado (recuerda, la presión que tira es más poderosa que la presión que empuja). Y recuerda, ambas presiones trabajan en la misma dirección - hacia adelante. Entonces ahora tenemos un total de 6 libras de fuerza por pie cuadrado (fuerza por unidad de área equivale a presión). Multiplica eso por el área de una vela de 500 pies cuadrados, y obtenemos ¡una fuerza total de 3000 libras empujando la vela hacia adelante! Por supuesto, la presión no es la misma a través de toda la vela. La fuerza es mayor en los lugares donde la curva que forma la vela es más pronunciada. Aquí es donde el aire fluye con mayor rapidez y la presión es menor. La fuerza disminuye conforme el aire se mueve hacia la parte posterior y se separa. Las fuerzas más poderosas en la parte de enfrente de la vela están también dirigidas en su mayor parte hacia adelante. En la parte de enmedio de la vela, la fuerza cambia de dirección hacia un lado. La parte posterior de la vela de hecho produce una fuerza de resistencia en la dirección de la corriente de aire.

Conforme la fuerza hacia adelante aumenta, al cambiar el ángulo de ataque, la fuerza hacia el lado también aumenta. Puesto que el ángulo de ataque siempre debe estar levemente dirigido hacia el lado (y no directamente contra el viento), la fuerza hacia el lado se convierte en la más poderosa. ¿Entonces, cómo es que uno avanza para adelante cuando la fuerza más grande apunta hacia el lado? Una vez más, esto tiene que ver con el ángulo de ataque de la vela con respecto al viento, y la resistencia del barco al agua.

Mientras que el ángulo de ataque produzca cierta fuerza hacia adelante, el bote se moverá nmediatamente hacia adelante. ¿Por qué? La línea central, o quilla, del barco actúa contra el agua de manera similar a la que la vela actúa contra el viento. La quilla crea una fuerza que se opone a la fuerza que produce la vela hacia el lado. La quilla hace que el barco siga navegando derecho.

Supón, por ejemplo, que colocas un trapeador de manera perpendicular al suelo (parado) y lo empujas hacia abajo - el trapeador no se moverá. Pero si inclinas el trapeador un poco y empujas otra vez con la misma fuerza, el trapeador resbalará fácilmente a través del suelo. Esto es lo que ocurre cuando se cambia el ángulo de ataque de la vela. Cuanto más grande sea el ángulo que hay entre la vela y la línea central del casco, mayor será la fuerza que apunta hacia adelante comparada con la fuerza hacia el lado. Si combinamos este pequeño ajuste en la fuerza hacia adelante con la oposición de agua a aire, entonces tendremos un baco disparado en barlovento porque esa es ahora la dirección de menor resistencia. Utilizando esta combinación de principios, un barco que navega contra el viento puede viajar más rápidamente que si se diera la vuelta y viajara en la misma dirección que el viento. Tal es el poder de la aerodinámica: definitivamente no se trata de magia, y con suerte ya no representa tanto misterio.

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Last modified: Mon May 4 19:19:56 PDT 1998

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