Recientemente ha habido publicaciones en YouTube en las que se ha demostrado que un triciclo terrestre impulsado por hélice/ventilador (mirlo) rueda más rápido que el viento que está detrás de él.
El canal de youtube veritasium lo cubrió recientemente y aparentemente el tema ha existido por un tiempo.
Aunque veritasium proporciona una respuesta en términos de fórmulas y, además, explica en función de la potencia en las ruedas (lo que es contrario a la intuición para mí, como se indica en los puntos capaces), tengo un entendimiento para validar esto (y por lo tanto el pregunta) y quería una confirmación si era correcta. Sin embargo, si es incorrecto, al menos estoy buscando una explicación en el mismo tipo de términos sencillos que estoy tratando de describir.
Específicamente, mi entendimiento es el siguiente:
El viento impulsa el vehículo inicialmente.
Las ruedas (a través de engranajes y cadenas) impulsan la hélice.
Sería seguro asumir que hasta que el vehículo alcanza la velocidad del viento, es propulsado por el viento y, como tal, acumula inercia (y, en consecuencia, puede acelerar).
Sin embargo, las explicaciones (en el video veritasium) tienden a enfocarse en la potencia generada por las ruedas para explicar que el vehículo va más rápido que a favor del viento. El problema con esta explicación es que se sostiene solo en la medida en que el vehículo ha gastado (agotado) la energía potencial que generó inicialmente (de rodar cuando era más lento que el viento). La fricción eventualmente lo ralentizaría al menos a la misma velocidad que el viento. No explica cómo el vehículo es capaz de sostenerlo.
La pregunta es: ¿cuál es la fuerza que permite que el vehículo mantenga la velocidad? Definitivamente no puede ser la potencia de las ruedas: se basa en la inercia y la fricción haría que su energía volviera a cero.
Según tengo entendido, debería haber algún "vínculo" físico entre el viento generado por la hélice (¿lavado de hélice?) que compense y permita que se restablezca el "vínculo" entre la dirección del viento y el vehículo. de manera análoga a un barquero empujando el bote en ríos/lagos poco profundos usando un palo, el lavado de la hélice es el 'palo' y el viento a favor forma el 'lecho del lago/río'.
¿Es correcto mi entendimiento? Si no es así, ¿qué hay de malo en mi comprensión?
Mi pregunta es similar a la pregunta publicada aquí: ¿Cómo navegar a favor del viento más rápido que el viento?
También tiene una respuesta bastante buena en los últimos días (que creo que extrae información de los videos vinculados a continuación), pero no aclara el punto n. ° 5 (sobre sostenibilidad): https://physics.stackexchange.com/a/651106 /31729
Referencias
En un comentario que ya vinculé al momento en el video de seguimiento donde Derek Muller demuestra un dispositivo .
Lo siguiente puede enfocar la aerodinámica del vehículo Blackbird. Imagine que el diseño no tiene ninguna restricción de peso y que la hélice se puede construir como un ventilador canalizado .
Para el propósito de la demostración del pensamiento, hacemos que la cubierta de ese ventilador canalizado sea muy larga, podemos visualizarla como un tubo que es más largo que ancho, con la hélice a la mitad de su longitud.
El efecto de esa cubierta alargada es que se evita que la masa de aire escape hacia los lados.
Para su propulsión, este vehículo de ventilador canalizado necesita tener tracción tanto con respecto al suelo como con respecto al viento.
En condiciones ideales, la velocidad del viento es uniforme y el vehículo tiene todo el espacio para seguir recto a favor del viento. Bajo esas circunstancias ideales, una vez puesto en movimiento, el vehículo alcanzará la velocidad máxima (una velocidad sostenida) que el vehículo puede alcanzar bajo las circunstancias dadas. De aquí en adelante me referiré a esa velocidad como "velocidad de crucero".
Cuando el vehículo con ventilador entubado está a velocidad de crucero:
Es necesario que la hélice esté moviendo el aire desde la parte delantera del conducto hacia la parte trasera del conducto. Suponemos que a velocidad de crucero el vehículo va más rápido que el viento, por lo que el vehículo adelanta al viento. La hélice debe exceder esa tasa de flujo, manteniendo un exceso de presión de aire en la mitad trasera del conducto.
Cuando el vehículo está a velocidad de crucero:
aunque el vehículo está adelantando al viento, la presencia del viento trasero aún dificulta que el aire en la mitad trasera del conducto escape del conducto. En ese sentido, el viento de popa es esencial para sostener la diferencia de presión .
Así es como el vehículo con ventilador canalizado puede obtener propulsión a partir de la diferencia de velocidad entre el aire y el suelo.
(En el caso del vehículo Blackbird real, la hélice no tiene conductos, por lo que el aire puede escapar por los lados, pero el vehículo Blackbird va a favor del viento más rápido que el viento. Aparentemente, sin un conducto, todavía es posible obtener una propulsión bastante buena).
Puede ir más rápido que el viento en estado estable y no tiene que reducir la velocidad. No está utilizando ninguna energía almacenada para la propulsión, por lo que no hay ninguna razón por la que tenga que reducir la velocidad, a menos que el viento en relación con el suelo disminuya.
Su error es tratar de aplicar un razonamiento secuencial de causa y efecto a un ciclo de retroalimentación. Este enfoque puede ser intuitivo para usted, pero falla en situaciones como esta. En su lugar, debe analizarlo cuantitativamente y encontrar el equilibrio de fuerza y poder.
Para análisis correctos ver:
Soluciones para el examen semifinal de la Olimpiada de Física de los Estados Unidos de la AAPT de 2013 (página 10)
Drela, Mark "Análisis Dead-Downwind Faster Than The Wind (DFTTW)"
Gaunaa, Mac; Oye, Stig; Mikkelsen, Robert (2009), "Teoría y diseño de vehículos impulsados por flujo que utilizan rotores para la conversión de energía"
Creo que cada artículo que he leído está perdiendo el punto por completo. La analogía de los inventores sobre los barcos de vela que giran alrededor de una tubería es la mejor en términos de cómo el viento hace girar la hélice y cómo el viento golpea la hélice y empuja el carro hacia adelante. Ahora, ¿cómo puede ir más rápido que el viento? En pocas palabras, las paletas de la hélice actúan como velas y, de hecho, están cambiando la dirección del viento para que el viento sople las velas hacia los lados en la dirección del viento. Eso significa que el viento de atrás está empujando el carro y desviando el viento corriente abajo hacia los lados, desviando el viento de frente generado para que disminuya la velocidad del carro. Piense en cómo funciona un ventilador eléctrico, el aire entra desde todas las direcciones, incluso de lado, pero se descarga en su mayor parte en la misma dirección, lejos del ventilador. Para los ventiladores del Blackbird, el flujo de aire es el inverso.
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