¿La velocidad en estado estacionario es igual a la velocidad del viento?

El 'problema del Blackbird' ha estado dando vueltas en Internet desde que Derek Muller subió un video del Blackbird (un automóvil con hélice que puede viajar más rápido que el viento a favor) en el canal Veritasium. Tengo algunas dudas muy específicas con respecto a la velocidad en estado estacionario mientras navega en tierra, que no pude obtener claridad de ninguna discusión en el PSE sobre el Blackbird.

  1. ¿La velocidad en estado estacionario de un carro de vela (no Blackbird, sin hélices, solo una vela y 4 ruedas) es la misma que la velocidad del viento mientras viaja a favor del viento?
  2. ¿Experimenta el Blackbird arrastre aerodinámico mientras viaja más lento que el viento a favor del viento? ¿O es como 'la resistencia entra en juego solo después de que la velocidad del mirlo se vuelve más alta que la velocidad del viento'?
  3. Los propietarios de Blackbird afirman que su vehículo viajó 2,8 veces más rápido que el viento a favor. ¿Es esto 2.8v la velocidad de estado estacionario del Blackbird a favor del viento en ese caso en particular? (v es la velocidad del viento)
No puedo responder a todas las preguntas, pero al menos para el nr 3) la respuesta es no, no es una velocidad de estado estable. Es la grabadora máxima en una ejecución de aproximadamente 30 segundos si no recuerdo mal. Vea el video de Veritasium actualizado para ver una mención donde se muestra el gráfico de velocidad de la ejecución récord.
Para (1), si incluye varios efectos de fricción, el automóvil será ligeramente más lento que la velocidad del viento.
@MariusLadegårdMeyer ¿Alguna idea de qué significa exactamente la velocidad de estado estacionario del Blackbird? Porque no veo que esta máquina se asiente a ninguna velocidad si ignoramos la resistencia aerodinámica. De lo contrario, el viento tendrá que dejar de soplar, de modo que el empuje hacia adelante de la hélice se equilibre con la fuerza de fricción en el suelo.
Creo que tiene razón en que la fricción entre el aire y el cuerpo del Blackbird se volverá relevante cuando la velocidad supere la velocidad del viento. En ese punto, ya no va a favor del viento en relación con el aire, aunque todavía puede acelerar empujando el aire hacia atrás.

Respuestas (1)

La respuesta a la #1 depende en gran medida de la dirección en la que viaja la nave.

Si navega directamente a favor del viento, la velocidad constante nunca alcanzará la del viento debido a las pérdidas reales por fricción en cojinetes, neumáticos, etc. su velocidad a través del suelo y su VMG a favor del viento pueden ser mayores que el viento, en estado estable. (VMG es Velocity Made Good, o el componente a favor del viento de su trayectoria terrestre).

http://static1.1.sqspcdn.com/static/f/572109/24503675/1394724903587/Sailing+Yacht+Design+for+Maximum+Speed.pdf?token=5pzNaaWIFu%2F7e3pN5RiQ2e6MmmM%3D

https://www.nalsa.org/Articles/Cetus/Iceboat%20Sailing%20Performance-Cetus.pdf

# 2 es bastante sencillo:

Cada vez que hay viento relativo sobre el chasis de un vehículo, hay una resistencia asociada. Cuando viaja más lento que el viento, este arrastre en el chasis funciona para mover el Blackbird a favor del viento. Una vez que viajó más rápido que el viento, el arrastre en el chasis de lo que ahora es un viento en contra relativo ahora está trabajando para reducir la velocidad de la nave.

#3: En un viento de cola de 10-15 mph, el Blackbird puede acelerar a ~3 veces la velocidad del viento y mantener esa velocidad constante hasta que se quede sin viento, espacio o interés.

https://youtu.be/5CcgmpBGSCI

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