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Hilo: [Desafío 2.19] Inflar tus velas

  1. #1
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    Predeterminado [Desafío 2.19] Inflar tus velas

    Parakalo!

    Por primera vez, no he podido hacer llegar vuestras respuestas al protagonista del desafío anterior, dada su condición de anónimo. Y, la verdad, tampoco tenía muchas ganas de satisfacer la perversa curiosidad de un mirón. Tener inquietudes científicas es una cosa, y eso es lo que me gusta de vosotros, queridos habitantes del mundo de la Física. Pero aquel personaje fue demasiado lejos.

    Hoy os escribo desde alta mar, en la nave Argos con su incansable capitán Jasón. Con inolvidables aventuras acaecidas en esta vetusta embarcación, una se alegra sobremanera de poder disfrutar de un apacible crucero de placer por el mar Egeo.

    Como no podría ser de otra forma, y yo no quisiera que lo fuera, he tenido la oportunidad de disfrutar de interminables veladas con Jasón y sus cinco aguerridos marineros, sentados junto al mascarón de odia y reviviendo ancestrales relatos.

    El relato que quiero compartir con vosotros trata de una vez que la Argos se quedó completamente detenida por falta de viento. Tras día de desespero, Jasón invocó al dios Eolo. Por inútiles que suelen ser estás invocaciones, la ociosa deidad apareció. Al parecer, se había tomado unas vacaciones y un crucero por las islas griegas le pareció una genial idea.

    Al ver el velamen de la Argos completamente flácido, Eolos se disculpó. Había dejado unos cuántos becarios cubriendo su vacante, pero por desgracia no había suficientes. "Tendría que pagarles un sueldo digno, oye".

    Para solucionar el desaguisado, Eolo propuso inflar las velas creando viento desde la cubierta de la propia Argos. Jasón estuvo encantado, aunque Pólux, el argonauta con más estudios, puso alguna pega hablando de la ausencia de fuerzas externas y del que acabaría siendo el principio de acción y reacción.

    Haciendo oídos sordos, Eolo propuso empezar inflando la vela menor, por eso de empezar con precaución. Aunque siempre se pinta al dios del viento bufando para crear sus temibles corrientes de aire, a la hora de la verdad empezó a mover sus manos en círculos, como un ventilador.

    Para sorpresa de todos, la nave no avanzó, pero tampoco permaneció quieta como había predicho Pólux. Todo lo contrario, retrocedió. Todos se quedaron boquiabiertos. Pero como la desesperación no deja tiempo para pensar demasiado, decidieron simplemente ir hacia atrás: les daba igual llegar a Creta o a Milos.

    Esta vez, como habían visto que (aunque en sentido contrario) era seguro, Eolo se encaró a la vela mayor e inició su movimiento de manos aún más rápido si cabe. Lo que ocurrió entonces dejó a todos, una vez más, con la boca abierta.

    Al contrario que antes, el barco se movió hacia adelante. Todos estaban tan extrañados que, cuando finalmente llegaron a puerto, decidieron no explicarlo nunca... hasta ahora.

    Jasón sólo ha roto su silencio por que saben que vosotros, amigos de La web de Física, podéis explicar porqué crear viento desde el propio barco permite que este se mueva contradiciendo las leyes de Newton; y porqué se mueve adelante o atrás dependiendo del tamaño de la vela.

  2. #2
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    Predeterminado Re: [Desafío 2.19] Inflar tus velas

    Muchas gracias a los dos participantes. La respuesta mejor valorada ha sido la de Stormkalt, con una puntuación media de 9; con un estrecho margen sobre el líder de la general, arreldepi.

    Con 32 puntos de ventaja, un único desafío (¡triple!) y el desempate a su favor arreldepi necesita 28 puntos para asegurarse la victoria si Stormkalt repite tiunfo en la última cuestión. ¡Ni un tercer puesto le aseguraría el trono!

    Consulta las reglas de la segunda edición del Desafío Ed. URSS - La web de Física.
    Última edición por pod; 11/08/2011 a las 08:48:20.

  3. #3
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    Predeterminado Inflar las velas

    Hola estimada esfinge:

    Intentaré aclarar un poco el asunto de las velas.

    Como bien se sabe, no se puede mover un barco empujando una de sus paredes pues los pares de fuerzas acción y reacción están aplicados sobre un mismo punto. Lo que se puede hacer, es utilizar un ventilador para crear el efecto de acción y reacción para mover la embarcación. Es decir, una corriente de aire que parte de algún punto situado encima del barco. De hecho esto ya se usa en ciertos pantanos como en Florida donde la vegetación subacuática impide el uso de hélices.
    Entonces, lo que hizo Eolo fue usar el hecho de que una corriente de aire que sale de una turbina (o ventilador en este caso) con determinada fuerza (que se traduce en energía) impulsa a la turbina y toda la masa adosada a ella hacia el otro sentido con igual fuerza. Cuando eolo intentó mover el barco hacia adelante inflando la vela menor, gran parte de ese aire en movimiento pasó sin impactar la poca superficie de la vela, el poco aire que rebotó de la vela no bastó para implulsar el barco hacia adelante como si de ella misma partiese ese aire y actuase como ventilador. El aire que pasó a través de la vela con determinada fuerza impulsó a la nave hacia atrás con la misma fuerza.

    Cuando Eolo decidió enviar la corriente de aire a la vela mayor, casi toda esa corriente de aire "rebotó" con menor energía (pues algo de esa energía se perdió en forma de calor o para mover partes de la vela) pero bastó para impulsar el barco hacia adelante, dado que la vela actuo ahora como ventilador.

    Con la vela chica sería simplemente como impulsar aire hacia la proa, consecuentemente el barco retrocederá.
    Con la vela grande sería como implulsar aire en sentido de la popa, en consecuencia, el barco avanza.

    Saludos!
    Última edición por Stormkalt; 16/07/2011 a las 19:24:26.
      
\displaystyle\sum\limits_{n = 1}^\infty {\frac{1} 
{{n^2 }}} = \frac{1} 
{6}\pi ^2

  4. #4
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    Predeterminado Respuesta al [Desafío 2.19]

    El motivo por el cual el barco se mueve hacia delante o hacia atrás según la vela a la que se sople puede explicarse mediante el efecto Venturi:

    Nos serán útiles las siguientes ecuaciones

    p_1+\frac 12\rho v_1^2+\rho g h_1 =p_2+\frac 12\rho v_2^2+\rho g h_2

    v_1S_1=v_2S_2

    Cuando el aire incide sobre la vela de menor tamaño el aire que sale del ventilador pasará por encima y por debajo de la vela, en consecuencia, la distancia entre líneas de corriente se ensancha (aumenta la superficie de los tubos de corriente) y, por tanto, según la ecuación de continuidad vemos que la velocidad del aire delante de la vela será mayor que la de la parte posterior a la vela donde la superficie será mayor.

    De forma que, de acuerdo con la ecuación de Bernoulli, la presión delante de la vela será menor que en la parte posterior. Es decir, habrá un gradiente de presión apuntando hacia la dirección contraria a la que sopla el viento del ventilador, con lo cual, el barco se moverá hacia atrás.

    En el caso en que el aire incide sobre la vela de mayor tamaño sucede lo contrario y, con lo cual, el barco se mueve en la misma dirección que el viento del ventilador ya que, en este caso, el aire no pasa por encima y por debajo de la vela como sucedía en el caso anterior.


    ¿Cómo se explica esto teniendo en cuenta las Leyes de Newton?

    Las leyes de Newton no contradicen dicho resultado. De éstas, se deduce que en ausencia de fuerzas externas el momento lineal debe conservarse. Con lo cual, el principio de acción reacción es lo que, precisamente, hace que el barco se mueva al estarse produciendo un choque (que suponemos elástico) entre el chorro de aire y la vela. En el caso de la vela mayor, el aire "rebota" y, en el caso de la vela menor, el aire sale hacia delante con la dirección inicial que tenía. Por lo tanto, por el principio de conservación del momento lineal, el barco se moverá en la dirección opuesta a la reacción de cada vela.
    \sqrt\pi

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