INTRODUCCIÓN

Cuando era un niño mi padre me construyó una cometa con una tela roja, unas varillas de caña y una larga cola con lazos atados. Para volarla la sujetaba con una cuerda de bramante que enrollaba en un palo de madera. Así nació en mí la afición por las cometas, que ahora de mayor comparto con Ana, Carlos, Sergio, Enzo y Saúl.

Espero que algunas cosas que veáis en este blog os animen a practicar y compartir esta afición tan agradable y entretenida. Las cometas no son simples juguetes, sino que representan un medio a través del cual se expresa la cultura y el arte de numerosos pueblos del mundo.

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ARTÍCULO ALEATORIO

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El simulador interactivo de cometas KiteModeler de la NASA

En el año 2002, la Oficina de Programas Educativos de la NASA publicó la primera versión del software KiteModeler (Modelador de cometas) en formato de un applet interactivo que funcionaba en entornos de ejecución de Java (JRE). Actualmente, este software está integrado en una página web del Centro de Investigación Glenn de la NASA con el nombre de “Simulador interactivo KiteModeler”. En esta página se explica con detalle la interfaz y las instrucciones para utilizar la aplicación.


Captura de pantalla del Simulador interactivo KiteModeler
(Fuente: NASA)

Este software permite explorar las leyes físicas y matemáticas que rigen el vuelo de una cometa. Ofrece la opción de seleccionar entre varios tipos de cometas y modificar aspectos como la forma, el tamaño y los materiales para crear un diseño personalizado. Además, se pueden ajustar diferentes variables que influyen en el diseño y observar de inmediato cómo cambian las características de vuelo. Con esta versión del programa, se puede simular cómo volaría una cometa en Marte o desde la cumbre de una montaña. El software también evalúa la estabilidad de la cometa diseñada y hace una estimación de la altura que alcanzaría dicha cometa.

KiteModeler ofrece tres modos de funcionamiento: diseño, ajuste y vuelo.

  • En el modo de diseño, se puede elegir entre varios tipos básicos de cometas. Luego, hay que personalizar detalles como la longitud y el ancho de distintas secciones, y seleccionar los materiales para cada parte.
  • Una vez que se ha realizado el diseño, se pasa al modo de ajuste, donde se define la longitud de la cuerda de la brida y la cola, además de ajustar la posición del nudo de amarre que une la brida a la línea de control. A partir de estos datos, el programa calcula el centro de gravedad, la presión, las fuerzas aerodinámicas y el peso, evaluando la estabilidad de la cometa.
  • Con un diseño estable, se puede pasar al modo de vuelo. Aquí, se elige la velocidad del viento y la longitud de la línea de control, y el programa estima la curva que toma la línea por el peso de la cuerda, además de calcular la altura y la distancia a la que volará la cometa.

Estos tres modos permiten experimentar cómo vuela una cometa y descubrir qué factores influyen en su rendimiento. 

En la web Science Buddies he encontrado un estupendo proyecto científico sobre el uso de cometas para estudiar la aerodinámica, utilizando la aplicación Kitemodeler. El objetivo de este proyecto científico es determinar el efecto de cambiar el punto de amarre de la brida (el punto donde la cuerda de la cometa, o línea de control, se une a la brida) en la altura de vuelo de la cometa, mientras se mantiene constante la longitud de la línea de control.


Captura de pantalla de Kitemodeler para el proyecto científico en Science Buddies
(Fuente: Science Buddies)

Las fuerzas aerodinámicas del vuelo de cometas

Cuando una cometa está volando actúan sobre ella tres fuerzas principales: el peso, la tensión de la línea y la fuerza aerodinámica. Esta última se descompone en una fuerza de sustentación perpendicular a la dirección del viento y en una componente horizontal denominada resistencia o arrastre. La fuerza de sustentación tiende a elevar la cometa y debe ser mayor que el peso de la cometa y del hilo. La fuerza de resistencia tiende a arrastrar la cometa en la dirección del viento y debe ser compensada por la tensión de la línea de vuelo:


Fuerzas sobre una cometa  (Dibujo: Juan Antonio Muñoz)
Fuerzas sobre una cometa
(Dibujo: Juan Antonio Muñoz)

La fuerza aerodinámica actúa a través del centro de presión y el peso desde el centro de gravedad hacia el centro de la tierra.

Si la fuerza de sustentación es muy grande, la cometa puede llegar a colocarse en la vertical del piloto. Esto sucede cuando la cometa tiene una gran superficie alar y un peso muy ligero; por el contrario, si la resistencia es muy grande, la cometa tiende a alejarse del piloto pero sin apenas alcanzar altura y en caso extremo caerá irremediablemente al suelo. Esto ocurre porque la cometa es pesada o tiene demasiada cola. El aumento de arrastre en la parte inferior de la cometa mantendrá la cometa en la dirección en que sopla el viento.


El ángulo de la cometa en relación con el viento se denomina ángulo de ataque. Este ángulo debe ajustarse dependiendo de la velocidad del viento existente, así se consigue que la superficie de la cometa genere suficiente sustentación para superar su peso:

Ángulo de ataque de una cometa  (Dibujo: Juan Antonio Muñoz)
Ángulo de ataque de una cometa
(Dibujo: Juan Antonio Muñoz)

Cuando una cometa vuela de forma estable, inmóvil en el aire, las fuerzas que interactúan sobre ella están en equilibrio. Es decir, la tensión de la línea y el arrastre son iguales, así la cometa no se mueve hacia adelante o hacia atrás, y la sustentación y el peso se igualan para mantener la cometa en el aire.

Para cambiar el comportamiento de la cometa en vuelo se puede cambiar el ángulo de la brida para aumentar o disminuir el ángulo de ataque o agregar más cola para aumentar el arrastre y conseguir que la cometa apunte en la dirección correcta: hacia el viento.

Es muy importante que las cometas sean livianas y resistentes, y sobre todo que estén bien equilibradas, es decir, que tengan el mismo peso a cada lado de su centro. Esto no quiere decir que las cometas tengan que ser necesariamente simétricas; hay algunas cometas asimétricas que vuelan perfectamente porque están correctamente equilibradas, como se puede ver en este vídeo:



Para saber más:

Forces on a kite (NASA)
La ciencia del vuelo de las cometas, en este mismo blog.

La ciencia del vuelo de las cometas

En este vídeo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) se explican las ideas básicas relacionadas con la estructura y dinámica del vuelo de las cometas. Está grabado en Malasia donde volar cometas es una parte muy importante de su cultura. En este país las cometas se llaman “wau” y la más popular es la “Wau bulan”. 

El vídeo, de casi media hora de duración, está dirigido principalmente a estudiantes que lo pueden utilizar como un complemento a sus lecciones de física sobre las fuerzas. Mediante dibujos animados y algunos experimentos enseña diversos conceptos, como el peso, el empuje, la sustentación y la resistencia. Es una manera divertida de introducir las fuerzas que actúan sobre una cometa y los principios científicos que permiten volar a una cometa.