Debate del mirlo: Caso en el que la velocidad del automóvil es menor que la velocidad a favor del viento

¿Es posible que el coche supere al del cinturón?

Sí, eso es posible. Echa un vistazo a los videos de cintas de correr que han hecho, donde el modelo pequeño que construyeron pudo hacer esto.

En un video de seguimiento publicado el 30 de junio, Derek muestra un análogo mecánico de cómo el vehículo Blackbird puede moverse a favor del viento más rápido que el viento .

Me referiré al dispositivo que Derek demuestra allí como el 'carro de diferencia'

Las dos capturas de pantalla muestran cómo funciona el carro de diferencias.

El carro de diferencia tiene contacto de tracción tanto con el piso como con la viga de madera.

Cuando se empuja de izquierda a derecha (como se ve desde la vista de la cámara en el video), las ruedas inferiores giran en el sentido de las agujas del reloj y la rueda superior gira en el sentido contrario a las agujas del reloj.

El carro de diferencia es impulsado por la diferencia de velocidad entre el piso y la viga en movimiento.

Las relaciones de las ruedas determinan la relación entre la velocidad del dispositivo y la velocidad relativa del piso y la viga móvil.

Si tuviera una tracción perfecta y ninguna pérdida por fricción, entonces no habría un límite superior para la velocidad que puede alcanzar el carro de diferencia a medida que se mueve a una relación cada vez más extrema de diámetros de rueda.

En el caso del vehículo Blackbird (y la versión de cinta de correr pequeña), la eficiencia es mucho menor porque gran parte de la potencia de salida de la hélice se pierde debido a la creación de turbulencias. Aún así, el vehículo Blackbird puede recolectar suficiente energía de la diferencia entre la velocidad del aire y la velocidad del suelo para mantener una velocidad superior a la velocidad del viento.

Velocidad mínima

A su pregunta: ¿hay una velocidad mínima para que el vehículo obtenga energía de la diferencia de velocidad entre el aire y el suelo?

Creo que de hecho hay una velocidad mínima.

Para ser empujado hacia adelante, el vehículo Blackbird debe crear un colchón de aire detrás de sí mismo. Ese colchón de aire detrás de la hélice debe reponerse con suficiente velocidad de aire para hacer que ese colchón de aire choque con el viento que viene por detrás. Cuando la hélice se mueve lentamente, casi todo el aire se escapa y casi no se acumula el colchón de aire. Por encima de una cierta velocidad de rotación de la hélice, el aire tiene menos tiempo para escapar, lo que resulta en una mayor eficiencia. (Eficiencia todavía baja, pero suficiente)

Hay tres posibilidades de cómo una embarcación como esta podría interactuar con el viento mientras está inmóvil en el suelo.

0. La fricción evita que el objeto se mueva, contra el viento o contra el viento.

1. La hélice estacionaria podría actuar como una vela, empujando el carro a favor del viento. En este caso, la acción de las ruedas activaría la hélice y la haría girar, enviando el carro a su modo más rápido que a favor del viento.

2. El viento podría girar la hélice estacionaria en la dirección equivocada, de modo que funcione como una turbina†. La turbina impulsaría las ruedas en sentido contrario, tirando del carro contra el viento .

Cuál de estos realmente ocurre parece ser una cuestión de velocidad del viento, relaciones de transmisión, ángulos de paso de la hélice y eficiencias, más que cualquier física fundamental.

Tenga en cuenta que el Blackbird ha establecido récords no solo por viajar a favor del viento a casi tres veces la velocidad del viento, como se explica en estos videos, sino también por viajar en contra del viento al doble de la velocidad del viento. Agregando el hecho de que tiene frenos, el Blackbird demuestra que los tres modos de viaje son posibles. Este interesante análisis se vuelve mal condicionado cuando la velocidad del vehículo se aproxima a cero.

† No sé si sabía esto antes de encontrarme con este problema hace un mes, así que definiré los términos aquí: es una “turbina” si el flujo de fluido hace que el rotor gire; es una "hélice" si el rotor está provocando el flujo de fluido.