¿La rotación automática en un helicóptero (aterrizaje de emergencia) evita la ley de conservación de la energía?

Answer 1

No más de lo que es violado por un paracaídas (las aspas del helicóptero, sorprendentemente, tienen aproximadamente el mismo coeficiente de arrastre que un paracaídas), el plano de planeo, la semilla del sicómoro o cualquier otra cosa que se deslice a la tierra.

Estoy confundido, ¿por qué crees que las palas del rotor empujadas por el aire al pasar por ellas crearían más energía de la que pierde?

El potencial y la energía cinética de la aeronave se convierten por gravedad en movimiento vertical a través del aire, que a su vez se convierte en rotación de las palas, sonido, calor, etc.

Sin embargo, en este deslizamiento hay algunos aspectos físicos interesantes, ya que la mitad de las cuchillas se estanca, los bordes exteriores proporcionan empuje y la mitad es empujada por el aire para proporcionar ese empuje.

Pero el empuje no es mayor que el del viento que pasa. Si se violaran las leyes de conservación de la energía, entonces el helicóptero podría mantener el nivel de vuelo sin reducir la velocidad de las palas. Pero tal como es, debe intercambiar algo; ya sea la altitud (energía potencial), la velocidad del aire (energía cinética) o alguna otra fuente de energía.

Si lo piensas bien, nadie podría diseñar helicópteros de un solo motor que sean seguros, sin entender completamente la física detrás de la rotación automática. Entonces, si hubiera alguna fuente mágica de energía proveniente de algún lugar, o bien las ecuaciones no se equilibrarían al diseñar, o la aeronave no se comportaría en el aire como se había diseñado.

Pero tal como están, los diseñan para deslizarse a una velocidad aérea óptima de aproximadamente 50 nudos y un ángulo de 20 grados.

Answer 2

Respuesta corta: No.

Respuesta larga: cuando el motor del helicóptero está en marcha, la energía química (en el combustible) se convierte en energía térmica (en las cámaras de combustión del motor) que se convierte en energía cinética (en los pistones del motor) que se utiliza para impulsar el rotor. A medida que el helicóptero asciende, parte de esa energía se convierte en energía potencial.

Ahora algo le sucede al motor y el helicóptero comienza a caer, convirtiendo la energía potencial en energía cinética. A medida que cae, el rotor choca con moléculas de aire. Parte de la energía cinética del helicóptero se concentra en desviar esas moléculas de aire, que a su vez imparte una fuerza en las palas del rotor, lo que hace que giren. Esto genera arrastre, frenando la caída del helicóptero. Pero la energía todavía se conserva. No viola la conservación más que un paracaídas.

De hecho, de manera contraintuitiva, hasta cierto punto, un helicóptero más pesado caerá más rápido que un helicóptero más liviano equivalente, porque hay más energía potencial disponible para convertirse en energía rotacional de las palas del rotor, lo que aumenta la resistencia. La matemática subyacente es sumamente complicada, pero es un excelente ejemplo de cómo los sistemas no se comportan como sugiere la intuición.

Answer 3

Podrías haberte confundido con la rotación mágica de las cuchillas. Sin embargo, tenga en cuenta que está en el aire para tener energía potencial. Es esta energía la que hace el trabajo, convirtiéndose en energía rotacional. Luego, la fuerza hacia arriba casi se equilibra con la fuerza hacia abajo que le brinda una aceleración / desaceleración segura para aterrizar.

Answer 4

No.
La mayor parte de la energía potencial de un helicóptero que está en el aire y comienza a girar automáticamente se convierte en la energía cinética de la cuchilla giratoria y el aire que expulsa, un poco va a la energía cinética (hacia abajo) de la Todo el vehículo, y una cierta cantidad se pierde en la forma termodinámica habitual de calor y ruido y vórtices.

Answer 5

No tengo ningún conocimiento sobre aeronáutica, excepto por los cursos de mecánica de fluidos de mi licencia, pero puedo garantizar que no se viole la ley de física por nada de lo que hace un helicóptero. Generalmente, el problema cuando estamos viendo algo sobre la energía es que nos olvidamos de dar cuenta de algún tipo de energía en el sistema que conduce a resultados muy inquietantes. Hasta donde entiendo lo que dice Wikipedia sobre el tema (desgraciadamente, la explicación precisa no existe en inglés en este sitio web), no solo hay conversión de energía potencial a energía cinética debido al aterrizaje, sino que la fricción está lejos de ser marginal, así que hay ¡También algo de disipación de energía!