Divulgación velear más rápido que el viento

[moritz]

¡Hola a todos!
Soy nuevo aquí y tengo mis conocimientos de física bastante oxidados.
No se si este es el foro adecuado para plantear esta duda, pero ahí va:
En el video:
http://www.youtube.com/watch?v=aJpdW...eature=related
se puede ver un artilugio para el que se proclama que puede ir más deprisa que el viento directamente en la dirección del viento (esto es lo importante). La idea es que la hélice gira empujada por el viento y mueve las ruedas traseras con unas poleas, que, a su vez, empujan el carrito cuando este alcanza la velocidad del viento, haciéndolo ir más deprisa que este.
Hay muchas discusiones en inglés sobre el tema en internet (buscad en Google: 'sailing downwind faster wind', o bien 'DDWFTTW')
Los defensores del tema mantienen que el carrito extrae energía de la tierra por la diferencia de velocidades entre el aire y esta.
Si no recuerdo mal esto vulnera todos los principios de conservación de la energía y para mi es un fraude, pero no me acuerdo de como hacer una demostración formal.
Alguien me podría ayudar? (O corregirme si estoy equivocado)
Gracias de antemano.

Otro video relacionado:
http://www.youtube.com/watch?v=1pSYALWQ-nI

[Fastolfe]

Re: velear más rápido que el viento

Hola, muy divertido el juguete. Desde mi punto de vista, es muy probable que el móvil vaya a una velocidad mayor que la del viento con el adecuado juego de engranajes o poleas, pero en forma intermitente, esto queda de manifiesto en el segundo vídeo, en el cual el móvil sube y baja por la cinta (el 1er vídeo es algo similar, pero observando las aspas).

[moritz]

Re: velear más rápido que el viento

Hola Fastolfe,
En principio la energía del sistema debe ser constante y la única disponible es la del viento, por lo que no es posible ir más rápido que él en su misma dirección. Otra cosa distinta es cuando un velero de alta velocidad, por ejemplo un velero de hielo, navega dando bordadas hacia sotavento creando un importante viento aparente que siempre viene por la proa de su través. La velocidad sobre el suelo puede llegar a exceder varias veces la del viento y la velocidad neta en la dirección de este llegar sobrepasarla. Esto es bien conocido y no está en discusión.

Por cierto que, a efectos de simplificación del problema, podemos considerar cero el rozamiento de las ruedas, el del aire con la tierra, etc. También suponemos que el fluido es incompresible, su velocidad constante y su régimen laminar.

Como dije, la única energía disponible es la del viento. Creo que lo de extraer energía del suelo es totalmente falso, porque violaría el principio de conservación del la energía (o de la cantidad de movimiento). También se aduce que la hélice llega un momento en que, por su propia inercia, gira en un aire en calma (relativamente al móvil, a partir del momento en que se alcanza la velocidad del viento) y empieza a 'navegar' corriente arriba en el aire creando su propio viento, al estilo de lo que dije más arriba sobre los veleros de alta velocidad. Pero esto es absurdo, porque para tirar del carrito hacia el mismo sentido en el que iba, la hélice debería girar en el sentido opuesto al que giraba cuando era impulsada por el viento ¿Verdad?

Repito mi pregunta de otra manera ¿Cual sería la demostración matemática, usando los teoremas de conservación de la energía o el momento, que esto no es posible?

[Fastolfe]

Re: velear más rápido que el viento

Yo en ningún momento dije que avalaba el hecho de "extraer energía del suelo".
Con respecto a que te basas en el concepto de energía, deberías revisar la relación existente entre potencia, la velocidad angular y el torque.
Este fenomeno es con una helice que transmite la potencia a traves de una caja de engranajes o poleas, no con una vela. Imaginate una helice girando a gran velocidad, no sirve de nada hacer una caja para transmision 1:1, por lo general es una caja reductora, disminuyes la velocidad aumentando el torque, éste aumenta la aceleracion angular y por ende la velocidad del movil. Es evidente que en el minuto en que este aparato alcance la velocidad del viento, no tendra como impulsarse, por ello al bajar su velocidad se ve impulsado por el viento nuevamente, generandose un fenomeno intermitente.

[MANTLP15]

Re: velear más rápido que el viento

Hola yo no te puedo dar el 100% de seguridad por q no estoy hay pero te digo segun la fisica cuantica la forma de q fuera mas rapido q el viento seria q el carrito fuera a la misma velocidad q el viento y utilice aun mas energia por una aceleracion ... Segun solo es carro con un movimiento rectilinio q su velocidad viene dada por su aceleracion y el aire a favor q ceria como una vela seria como una tercera aceleracion siendo el punto de aceleracion 0 por q no tiene energia propia .. Es como un caso de energia multivariabli de aceleracion.. Es facil..

[MANTLP15]

Re: velear más rápido que el viento

Eres inteligente en preguntar : Piensa y existes...

[moritz]

Re: velear más rápido que el viento

No se porqué este foro no me manda mensajes con las respuestas. Tengo que ver que pasa. En cualquier caso gracias por todas ellas.

Lo que estoy buscando es que alguien me haga el favor de plantear las ecuaciones de energía del sistema, tomado un volumen de referencia o como quiera. No fuerza, torque, potencia y demás. Solo energía. Por favor.

Gracias de antemano.

[moritz]

Re: velear más rápido que el viento

¿Nadie.....?


Una pregunta mas: ¿Alquien puede decirme si el experimento del carrito en la andadera es equivalente al del carrito en la carretera y empujado por el viento? Yo creo que no, pero me gustaría que alguien con suficiente formación física me lo aclarase.

Gracias.

[[Beto]]

Re: velear más rápido que el viento

Una pregunta mas: ¿Alquien puede decirme si el experimento del carrito en la andadera es equivalente al del carrito en la carretera y empujado por el viento? Yo creo que no, pero me gustaría que alguien con suficiente formación física me lo aclarase.

No se a cual experimento te refieras.

Con respecto a tu consulta anterior sobre un planteamiento energético a groso modo la energía extra que necesitas para ir más rápido que el viento es:

$$E=P.t$$

Donde $P$, vendría a ser la potencia del motor y $t$ el tiempo, además si hay rozamiento con el agua esa energía debe de ser mayor a la diferencia que haya entre la velocidad del velero impulsado solo por el viento y la velocidad del viento.

[moritz]

Re: velear más rápido que el viento

N30F3B0: No hay motor ninguno. Ve, por favor, mi primera entrada y los dos videos a los que en ella se enlazan. Gracias.

Anexo un estudio justificativo hecho para un artefacto en el que se usa un casco de barco en vez de un carrito y se sustituyen las ruedas por una hélice. En mi opinión el fallo en el razonamiento es que se parte de una premisa falsa, esto es, que el barco puede ir más rápido que el viento en su misma dirección, solo por la acción de este.

¿De verdad que nadie me puede ayudar? ¿Hay físicos por aquí? (provocación )

Si alguien prefiere tratar el tema a nivel privado, por mi no hay problema.

[moritz]

Re: velear más rápido que el viento

En anexo se encuentra lo que yo he expuesto en otro foro sobre este mismo tema (relativo al carrito).

También un análisis energético por la misma persona que hizo el documento de mi post anterior, con el que tampoco estoy de acuerdo, porque asume de entrada que el hecho es posible y solo plantea el reparto de energías del sistema, pero no indica de donde sale la energía extra necesaria para que el barco, en este caso, vaya más rápido que el viento.

Agradecería mucho que algún físico que quiera perder algo de su tiempo discutiendo esto conmigo y quisiera echarme una mano, me contactase.

Saludos.

[[Beto]]

Re: velear más rápido que el viento

Hola, si solamente el viento (sin ningún motor) empuja el velero no puede moverse más rápido que este. ¿De donde sacaría esa energía extra?

[moritz]

Re: velear más rápido que el viento

Velear más rápido que el viento en la dirección del viento es totalmente posible. Basta considerar que los barcos de hielo alcanzan velocidades máximas superiores a cinco veces la del viento (incluso se habla de diez veces) en traveses. A unos 135º la proyección de la velocidad sobre la dirección del viento puede ser de dos a tres veces la de este, por lo que podemos concebir un carrito formado por un cuadro con ruedas que, impulsado por un barco de estos dando bordadas en su interior avance en la dirección del viento a dos o tres veces la velocidad del mismo (ver http://www.youtube.com/watch?v=IMEerIkOVZ0 ).

El truco consiste en que el velero dando bordadas 'barre' un gran espacio de viento del que saca más energía que la que tendría disponible yendo directamente en la dirección del viento.

Pero en el caso del carrito con el rotor la cosa es más peliaguda. Si el rotor gira como una turbina, es decir extrayendo energía del viento y pasándola a las ruedas, el carrito nunca excederá la velocidad del viento (al menos es lo que yo defiendo). Pero si el rotor gira como una hélice, es decir si son las ruedas las que mueven el rotor (el movimiento se inicia por simple rozamiento del viento contra la estructura del carrito y el giro de las ruedas hace girar la hélice contra el viento), entonces el carrito puede llegar a superar la velocidad del viento, o eso defienden sus proponentes.

Ver los dos videos de mi primera entrada y también este:
http://www.youtube.com/watch?v=QTAd8...eature=related

¿Quien se anima a una demostracioncita?

Saludos.

[pod]

Re: velear más rápido que el viento

A unos 135º la proyección de la velocidad sobre la dirección del viento puede ser de dos a tres veces la de este,

Eh, igual es que estoy algo espeso a estas horas de la noche, pero ¿estás diciendo que $\cos(135^o) \approx 2$?

[moritz]

Re: velear más rápido que el viento

No, desde luego. Es la proyección de la velocidad sobre la dirección del viento la que es mayor que este. Para que te des cuenta, échale un vistazo a la imagen anexa sobre las polares de velocidad (teóricas) de un velero terrestre para un viento de 30 millas por hora. La máxima velocidad, en el rango de las 130 millas por hora, se alcanza en este caso a unos 110º. A unos 145º la proyección en la dirección del viento es máxima, alcanzando unas 100 millas por hora, es decir superior a tres veces la velocidad del viento real.

El record de velocidad para este tipo de veleros terrestres es, en estos momentos, de 116,7 mph.

Ver más en: http://www.windjet.co.uk/

Saludos.