sábado, 21 de abril de 2007

LA MAGIA DEL MOVIMIENTO FLUIDO


Hoy, chorlitos, vamos a centrarnos en una de las maravillas de la naturaleza: el movimiento fluido. Los fluidos tienen una belleza hipnótica. Sabréis a qué me refiero si alguna vez os habéis quedado mirando, alelados, cómo el vapor asciende desde una bebida caliente, o cómo caracolea el humo de un cigarro.

Pero antes de nada debo nombrar a Milton van Dyke. Este profesor de Mecánica de Fluidos se dedicó a reunir todas las fotos de experimentos que habían realizado tanto él como sus colegas y editó un libro con ellas (An Album of Fluid Motion, 1982). Desde 1983, a partir de su idea, se realiza (cómo no… humanos…) un concurso anual para buscar la mejor foto de fluidos en movimiento. La mayoría de las imágenes que vamos a ver están sacadas del libro de van Dyke y de la Galería del Movimiento Fluido, que reúne todas las fotos ganadoras de este concurso. Comentaré brevemente cada imagen, sin centrarme demasiado en todos los mecanismos que influyen en ella, ya que explicar cada una con detalle podría llenar varias decenas de páginas, con razonamientos demasiado complejos para simples chorlitos como vosotros. Aunque podéis alelaros con ellas todo lo que queráis... [Nota de la traductora: se está tirando un pegote; lo que pasa es que él tampoco tiene ni idea].

Una de las imágenes más famosas de la fluidomecánica es ésta: el movimiento de un flujo laminar en presencia de un cilindro, formando una calle de vórtices de von Kármán. Este patrón de turbulencia se da cuando el valor del número de Reynolds (la velocidad por la longitud característica del objeto, entre la viscosidad del fluido) se encuentra entre 60 y 300, y está causado por el desprendimiento asimétrico de torbellinos a cada lado del cilindro.

calle de vórtices de von Kármán

Si el Reynolds del fluido es 10.000, el resultado es éste:

cilindro a Re = 10.000

Y esto es lo que se consigue con un chorro a presión en jabón a Re = 2000 y con distintos grados de tensión superficial.

chorro a presión en jabón, Re = 2000, alta tensión superficial chorro a presión en jabón, Re = 2000, baja tensión superficial

Los fenómenos curiosos no sólo se producen en un laboratorio bajo condiciones estrictamente controladas. También pueden ocurrir espontáneamente en la naturaleza: esto es una inestabilidad de Kelvin-Helmholtz en la atmósfera.

inestabilidad de Kelvin-Helmholtz

Esta secuencia de imágenes muestra los cambios en la estructura de los vórtices en el interior de un cilindro giratorio, al aumentar (fila superior) y disminuir (fila inferior) la velocidad de giro.

vórtices en cilindro giratorio

Los humanos llaman fishbones, o "espinas de pescado" (sí, se rompieron la cabeza con el nombre) a estas formas. Se consiguen haciendo colisionar dos chorros iguales de un líquido de determinada densidad y velocidad.

fishbones

La siguiente imagen es el resultado de hacer salir una lámina de agua a través de una tobera sometida a una vibración en resonancia.

lámina de agua

Esta especie de seta rara se consigue al hacer girar la base de un cilindro lleno de fluido, para un Reynolds de 2765 y un cilindro de H/R = 2,5.

especie de seta rara

La siguiente secuencia corresponde a la formación de un vórtice tripolar en un fluido homogéneo sometido a rotación.

vórtice tripolar

Y esto es lo que ocurre cuando dos corrientes fluidas colisionan en un medio turbulento.

colisión

Esto de aquí es una gota de tinta mezclándose con un fluido viscoso, diluyéndose paulatinamente.

gota de tinta

Y así es como una llama pasa a régimen turbulento:

Si colocamos un ala en delta oblicua con respecto a la corriente de aire (20º de ángulo de ataque), con un Reynolds de 20.000, se forman vórtices como los de la figura a partir de su vértice.

vórtices en un ala en delta

En cambio, los vórtices en un ala convencional (de los que ya hemos hablado en un par de ocasiones) aparecen en las puntas. En la siguiente foto se ven con mucha claridad, así como el efecto del downwash, la corriente que las alas del avión deflectan hacia abajo como consecuencia de la sustentación (principio de acción y reacción), que deja una depresión en el manto de nubes.

Como podéis ver, a veces la física no está tan lejos del arte, y algunos humanos incluso saben apreciar la belleza del mundo a su alrededor y se dejan fascinar por ella. A pesar, por desgracia, de lo proclives que son a destruirla.

10 piopíos:

omalaled dijo...

Precioso. Te acabo de menear el artículo: http://meneame.net/story/la-magia-del-movimiento-fluido

Salud!

Lyd dijo...

Guau, gracias! Eres un encanto ;)

El Otro dijo...

Fluidos, se parecen tanto a las fractales como que la naturaleza es naturaleza es naturaleza.

Snif, sueños fractales realidad compleja, al fin y al cabo una genera los otros.

El Otro

Lyd dijo...

Je, je... Y eso que no he puesto fotos de estructuras dendríticas, que también las había.

Azena dijo...

si es que la Naturaleza también sabe de Arte...

Proximo dijo...

Muy chulos. Los videos de fluidos también están bien. Y últimamente los tuneles de viento con humo es un recurso bastante socorrido en la publicidad (Saab, Fiat, y creo que BMW o Mercedes)

Lyd dijo...

Sí, yo el otro día vi un anuncio (de Nike, creo) de una zapatilla dentro de un túnel de viento. Era una foto genial xD

pipistrellum dijo...

Pues a mi me sorprendio leer en un foro que los diseñadores de coches tiene un monto de catalogos de zapatos y zapatillas, para inspirarse.
Lo comentaba un ingeniero de volkswagen. Si quieres te busco el la pagina :)
Aparte de eso tiene un monton de anecdotas y es curioso todo lo que cuenta del funcionamiento de un fabrica de coches.

Es bastante largo, tal vez te interese pegarle un vistazo a fondo despues de lo examenes :)y

TioTaum dijo...

Muy bueno todo los post que haces, me gusta la forma que tienes que esplicar, intento hacer algo parecido en mi bitacora.
Saludos

Anónimo dijo...

Hola:
Mi nombre es mauricio Pereira y estoy realizando un experimento en la universidad, el problema es que necesito desarrollar un modelo de un cilindro horizontal giratorio el cual contiene liquido en su interior y determinar el comportamiento de este
Agradecería si me puedes apoyar en esto, ya que veo que tienes mucha información
mi correo es cicio1955@gmail.com

muchas gracias ¡¡



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