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"Se navega por los astros, por la mar, por la tierra, por las gentes, por los sentimientos...Se navega." — Altair

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NORMAS DEL FORO: OBLIGATORIA SU LECTURA

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Conversaciones entre Newton y Bernouilli

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  • #1

    Vela Conversaciones entre Newton y Bernouilli

    Voy a contar una historia, ficticia por supuesto (o quizás no), que trata sobre conversaciones que mantuvieron, tiempo hace ya, un veterano y un joven, ambos científicos de renombre: Isaac (de apellido Newton) y Daniel (de apellido Bernouilli), en dichas conversaciones trataban de explicarse mutuamente cómo trabaja una vela cuando se la orienta en la dirección cerca del viento, cosa novedosa pues hasta entonces la tecnología naval en cuanto a las velas no iba más allá del aprovechamiento de los rumbos portantes, es decir, por empuje. Serán 3-4 entradas las últimas más técnicas, la primera más amena para abrir boca, así que mejor vayamos pidiendo algo al Tabernero para aclarar el gaznate


    En 1720 Isaac, ya mayor, viajó a Suiza concretamente a Basilea para visitar a su amigo Johann Bernouilli cuyo hijo Daniel, estudiante de último curso de medicina, destacaba en matemáticas e ingenio como pocos según su padre. Tras un suculento almuerzo los tres decidieron dar un paseo en un pequeño velero de la familia Bernouilli por el lago de Basilea, hacía un día estupendo con temperatura ideal y ligera brisa del Sur-Este. Johann llevaba el timón mientras que Daniel presto y ágil trimaba velas. Newton observaba atento y disfrutaba del paseo.

    La embarcación era un poco extraña para Isaac, nunca había visto un velero con dos velas dispuestas longitudinalmente, lo que ahora venimos llamando vela mayor y foque, una especie de raquero o de pastinaca, algo parecido. Con viento de largo se adentraron en el lago sin nada más que pudiera llamar la atención al genio inglés que la propia embarcación y las bondades del paisaje suizo.

    Ya recorridas un par de millas Johann cortó la conversación banal que mantenían en ese momento indicando a Daniel la necesidad de virar a estribor y que iban a tomar rumbo de ceñida a partir de ese momento, dicho y hecho como un equipo sincronizado de regatas padre e hijo procedieron a realizar la maniobra de forma natural como habían hecho tantas veces en el lago. Una vez establecido el nuevo rumbo, Isaac al que no se le escapaba nada se quedó estupefacto!! oye, ni cuando le cayó la manzana encima se había llevado tanta sorpresa. ¿Cómo es posible? navegamos casi contra el viento!!!

    Johan miró a su hijo por un momento y ambos estallaron en una enorme y conjunta carcajada. Daniel, dijo su padre, explícale a Sir Isaac tu teoría sobre cómo funciona esta vela. Yo también a veces pienso que es magia pero el chaval tiene una explicación muy convincente que ha ido mejorando y completando con el tiempo. Trata sobre algo que llama flujo laminar o algo así. Cuenta, cuenta...

    Continuará...

    "Nunca te acostarás sin haber leído un post de La Taberna nuevo"
    Etiquetas: Ninguno
  • #2
    Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

    Por favor no olvidar en la disertación que siga, que veleros como por ejemplo Laser, Optimist y otros que seguro existen. navegan tambien contra el viento, y eso, con una sola vela, echando por tierra la teoría del flujo laminar.

    Comentario

    • #3
      Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

      Originalmente publicado por sakamura Ver Mensaje
      Por favor no olvidar en la disertación que siga, que veleros como por ejemplo Laser, Optimist y otros que seguro existen. navegan tambien contra el viento, y eso, con una sola vela, echando por tierra la teoría del flujo laminar.
      pssssshhh quién ha dicho que Bernouilli estaba en lo cierto? todavía no he empezado, deja que lo cuente!!

      "Nunca te acostarás sin haber leído un post de La Taberna nuevo"

      Comentario

      • #4
        Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

        Buen titulo. Buen hilo. Estoy impaciente por ver si el relato le hace honor.
        Permanezco a la escucha.

        Comentario

        • #5
          Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

          Originalmente publicado por Manu-Okavango Ver Mensaje
          Buen titulo. Buen hilo. Estoy impaciente por ver si el relato le hace honor.
          Permanezco a la escucha.
          El título te hace tomar interés, y el tema empieza muy bién. Estoy atento a la continuación que promete ser amena e ilustrativa sobre el funcionamiento de las velas.
          Tomaremos unas a la espera de la continuación.

          Comentario

          • #6
            Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

            Uhmmm, después de arrancar el hilo me ha dado por bucear un poco en la Taberna y veo que este tema ya ha ocasionado en otras ocasiones alguna que otra tensión entre los distintos partidarios de unas y otras teorías.

            Nada más lejos de mi intención sería llegar a una situación así. Pretendo con este hilo explicar de forma amena y si es posible divertida, los fundamentos físicos básicos del trabajo de la vela. Y cómo no, animar a un posterior debate, por supuesto amigable y si no lo fuera yo sería el primero en cerrar el hilo.

            A ver si esta noche puedo avanzar un poco en las conversaciones planteadas entre nuestros amigos que, como comprobaréis, primero iré explicando tesis erróneas o incorrectas que haré propias de ellos mientras con las preguntas adecuadas irán perfilando una teoría o dos que explique el funcionamiento de la vela, a ver si al final del relato podemos tener unas líneas generales "ciertas" al menos por consenso, eliminando alguna que otra leyenda urbana.

            No voy a defender con tesón una postura u otra porque realmente me la refanfinflan , yo ajusto las velas y mi barco anda y anda muy bien así que con eso me vale pero que la gente ajena a la Física pueda tener una idea de este tema pues me gusta y me satisface participar en ello. Luego abriremos debate si os parece, no pienso sentar cátedra y menos en la "catedral" de la marinería

            Respecto el número de velas de nuestro barquito de recreo en Basilea, pues da igual para las pretensiones del hilo, si lo preferís hablamos sólo de una vela así no desviamos atenciones.

            "Nunca te acostarás sin haber leído un post de La Taberna nuevo"

            Comentario

            • #7
              Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

              Newton en ceñida poco tiene que hacer. Dejemos al maestro Bernouilli y su retoño que nos deleiten con las rarezas de la dinamica de fluidos.

              Tomo asiento. Birras pagadas

              Comentario

              • #8
                Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

                Un poco sonrojado Daniel se levantó y se puso delante del palo por el lado de proa, mirando hacia sus atentos oyentes comentó que se trataba de una idea que no estaba del todo refinada, de hecho tenía formulado un desarrollo matemático del mismo basándose en la conservación de la Energía donde interviene la energía debida a la presión y la energía debida a la velocidad del fluido fundamentalmente, pero los valores numéricos no acababan de cuadrar.

                Isaac, mientras, iba encendiendo su pipa y se disponía a escuchar con atención al joven Daniel Bernouilli.

                Imaginad, decía Daniel, que hacemos incidir el viento aparente sobre la vela un ángulo determinado, por ejemplo 45º y vamos a suponer unas condiciones de estabilidad tales que el fluido se mueve como en láminas, de forma suave, es un fluido ideal. En el avance de la vela el palo rompe el fluido dividiéndolo en dos partes un flujo de partículas del fluido irá por la parte de sotavento de la vela y el otro flujo por la parte de barlovento. He podido demostrar según mis ecuaciones que la presión y la velocidad del fluido son inversamente proporcionales, es decir, si aumenta la velocidad del flujo disminuye la presión del mismo y viceversa. Es condición necesaria para que se cumpla la conservación de la energía, dijo con orgullo.

                Por tanto esto significa que si ambos flujos deben encontrarse al final de la vela, siendo igual el tiempo de tránsito por ambos lados de la vela (aquí Isaac hizo un gesto de duda), las partículas que forman el flujo de sotavento, tendrán que ir más rápidas puesto tienen que cubrir un recorrido mayor en el mismo tiempo que las partículas que forman el flujo de barlovento, esta diferencia de velocidades implicará una diferencia de presiones y sabemos que si hay una diferencia de presiones se genera una fuerza sobre la vela cuyo objetivo es igualarlas, dicha fuerza la llamaremos fuerza vélica total y que se puede descomponer en dos componentes, uno de arrastre que empuja en la dirección original del viento y otra de sustentación que a su vez podemos descomponer de nuevo en una fuerza que obligue al barco a derivar más una fuerza de avance que lo haga avanzar. Lo que debemos hacer es anular la componente de deriva de ahí el diseño de este barco con orza; y facilitar todo lo posible el avance minimizando la resistencia en ese sentido.

                Esto explicaría el avance del velero con ángulos que permiten ganar barlovento.





                Conozco un chico italiano llamado Venturi que se recorre habitualmente todas las tabernas del puerto y botellín en mano se ha convertido en un verdadero especialista en la dinámica de fluidos . Me ha comentado que también ha observado que cuando la cerveza pasa por la boquilla del botellín la velocidad aumenta y disminuye la presión, no sé cómo lo ha deducido pero ahí está de todas formas mis ecuaciones explican perfectamente lo que ya las malas lenguas empiezan a llamar efecto Venturi y digamos es un caso particular de mi estudio más general, dijo un poco molesto por la fama del italiano que en un futuro no muy lejano aprovecharía las ecuaciones de bernouilli para dar un marco formal a su "efecto".

                De todas formas algo debe fallar pues el impulso que consigo teóricamente dista mucho del necesario para mover el barco como se mueve, así que algo me falta comentó Daniel.

                Isaac que hasta ese momento había estado escuchando con atención se levantó, se fue a proa y se puso en la línea de crujía del barco por delante del palo mirando a popa. Sin mediar palabra, tras una intensa aspiración sobre la boquilla de su pipa lanzó una enorme bocanada de humo en dirección a popa, tan grande que se pudo apreciar cómo parte del humo se dirigía a popa por barlovento y parte por sotavento. En ese momento preguntó: Johann! ¿qué flujo de aire con humo ha llegado antes a popa? Johann contestó: sin duda el de sotavento, bastante antes

                Daniel !!, espetó Isaac, la premisa de que tienen que llegar ambos flujos a la vez a popa no es correcta, de hecho el de sotavento va mucho más rápido de lo que habías considerado, cosa que te favorece en tu planteamiento, pero ¿has observado las turbulencias que se forman tras la baluma? además si va demasiado rápido puede provocar ruptura del flujo uhmmm. Así sin darle importancia el genio inglés acababa de crear el primer túnel de viento aplicado a la "aeronáutica"

                Otro apunte que te quería hacer, para que no se nos olvide: El barco se mueve. Evidentemente eso significa que consigue Energía de algún sitio. Energía Cinética que en tu explicación no aparece por ningún lado. Y sin embargo el flujo externo se acelera con lo cual gana energía, si esa energía es la que pierde el flujo que va por el interior frenándose ¿qué queda para el barco? ¿de dónde sale? el flujo de barlovento debe ser frenado bastante para que haya ganancia de energía en el flujo de sotavento acelerado más energía necesaria para mover el barco más energía perdida por fricción con el viento y ojo! las pérdidas ocasionadas en la fricción del casco con el agua ahí es nada!. Vamos, aquí porque estamos dentro del barco y desde nuestro sistema de referencia no lo notamos mucho pero un observador externo que pudiera ver desde el sistema de referencia "aire" comprobaría que el flujo de sotavento pierde casi toda su energía, seguro. y si un velero viniera un poco detrás de nosotros no sólo se encontraría aire "sucio" con turbulencias, se encontraría que ese aire tendría mucha menos energía para impulsar sus velas.

                Por otro lado, la explicación de tu amigo Venturi la obviamos porque no estamos en un tubo controlado al que le disminuimos la sección y observamos presiones y velocidades, no se forma estrechamiento alguno, nuestro sistema es abierto y no tendría porqué respetar la continuidad de la masa del flujo también en la parte de sotavento según nos alejamos de la superficie el flujo tiende a ralentizarse y a amoldarse al flujo general del aire en el ambiente, mientras que en un tubo cerrado como decimos no ocurriría esto ni en un botellín tampoco . Su idea es buena y correcta pero seguro que se aplicará mejor y de forma más completa a muchas otras cosas.

                Además, para nada veo claro que haya tanta diferencia de camino entre sotavento respecto de barlovento, la vela es muy fina y si consideramos situación ideal en el problema el palo no tendría grosor, es posible que entre el ángulo de incidencia y que en la bolsa de la vela se acumule aire estático se forme un perfil que podría dar grosor al sistema y constituir lo que ya hace tiempo un ilustre inventor italiano llamado Leonardo denominó perfil alar. Este sí que era bueno, consiguió crear objetos alados, maquetas que volaban y a veces los hacía de papel y volaban de una forma y también con las alas invertidas, con lo cual me cuesta creer lo del flujo laminar con tantos interrogantes sin resolver. Además la situación real es diferente, hay viscosidad del aire, el régimen laminar real sería turbulento casi por definición, vas a tener que introducir nuevas variables a tu explicación y aunque simplificando mucho se podría explicar como que el aire se descompone en dos flujos y uno va más rápido que el otro lo que ocasiona una presión menor y por tanto la aparición de una fuerza que succiona la vela desde sotavento, es una explicación que, aunque parece correcta, le faltan cosas. En el futuro de todas formas mucha gente lo explicará así.

                Lo más importante es que hemos podido eliminar la idea de que el tiempo de tránsito es el mismo, esta será la leyenda urbana más extendida y el mayor error al explicar la sustentación.

                Y creo que deberíamos hablar del ángulo de ataque o ángulo de incidencia. Considero que es algo fundamental. También creo que deberías considerar la posibilidad de que la presión sea inversamente proporcional al cuadrado de la velocidad, lo meter en las ecuaciones el inverso del cuadrado de alguna magnitud a mi me ha dado muy buenos resultados

                Si me permitís, dijo Isaac, voy a explicar cómo trabaja esta vela desde un punto de vista mecánico aplicando algunas de las leyes que me hicieron famoso, teniendo en cuenta el ángulo de incidencia y la desviación de enormes cantidades de aire hacia popa que supondrán un empuje hacia proa, espera que cargue la pipa de nuevo

                continuará...

                Perdón! dijo Daniel, yo también voy a ser incisivo con mis cuestiones y comentarios Sir Isaac

                Editado por última vez por Zephyros; 20/06/2015, 04:42:35.
                "Nunca te acostarás sin haber leído un post de La Taberna nuevo"

                Comentario

                • #9
                  Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

                  Vamos !!!!! Date prisa en acabar el tocho que se me acaba la cerveza

                  Comentario

                  • #10
                    Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

                    Interesante forma de explicarlo
                    Cojo un botellin de los de Venturi y me siento a esperar
                    Saludos
                    La reforma de un Trident 80:
                    www.trident-80.es.tl

                    Comentario

                    • #11
                      Respuesta: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

                      Muy entretenida tu forma de hacer divulgación científica,

                      Comentario

                      • #12
                        Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

                        Muy interesante la divulgación, cofrade Zephyros.

                        Espero con expectación el momento en que tercien en la conversación Reynolds, Prandtl y, sobre todo, Schlichting con sus respectivas birras...

                        Von Kármán no, que a ése lo que le iba eran los flujos supersónicos, y en una vela como que no hay de eso.

                        Saludos y
                        Navigare necesse est. Vivere non est necesse. (Pompeyo)

                        Si damos bordos de menos de 180º, llegaremos a algún sitio... (anónimo)

                        Comentario

                        • #13
                          Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

                          Newton y Bernoulli ... los dos tienen razón

                          Newton Y Bernoulli

                          las alas y las velas funcionan desviando el viento Y por diferencia de presiones

                          Cl_2d = Newton + Bernoulli

                          Cl_2d = 0,8 + 4 pi x (flecha / cuerda)

                          una ala/vela que fuera una chapa plana de acero conseguiría un Coeficiente máximo de sustentación en dos dimensiones de 0,8

                          y si doblamos la chapa y le damos lo que en las velas llamamos embolsamiento conseguimos más fuerza de sustentación

                          La Taberna del Puerto - Ver mensaje - Receta para un Balandro moderno
                          http://foro.latabernadelpuerto.com/showpost.php?p=1752068&postcount=56
                          John F. Kennedy decía que los violentos fanáticos Rusos, Ucranianos, Polacos y Lituanos que invadieron (1917-) Palestina debían pagar las miles de casas que robaron o permitir a los lugareños volver a sus casas

                          Desde el gueto de Gaza (de tipo alemán con administración autónoma como el gueto de Varsovia) muchos pueden ver a lo lejos las fincas de sus abuelos: - mira, allí un Ucraniano y un Ruso de una etnia medieval forjada por rabinos (1033-) le metieron una bala en el cráneo a mi abuela

                          Comentario

                          • #14
                            Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

                            Originalmente publicado por U25pies Ver Mensaje
                            una ala/vela que fuera una chapa plana de acero conseguiría un Coeficiente máximo de sustentación en dos dimensiones de 0,8
                            ¿¿¿?? ¿incidiendo el viento sobre el borde de la chapa plana de acero, lograrias un coeficiente de sustentacion de 0.8?...

                            Comentario

                            • #15
                              Re: Conversaciones entre Newton y Bernouilli

                              desviando el viento con una placa plana lo máximo que se consigue es un coeficiente de sustentación en dos dimensiones (Cl_2d) de 0,8

                              y luego hay que traducirlo a tres dimensiones siguiendo a Ludwig Prandtl

                              CL_3d = Cl_2d / (1 + (2 / AR))

                              AR, Alargamiento (Aspect Ratio) = envergadura del Ala elevada al cuadrado dividido entre la superficie del Ala

                              Ludwig Prandtl - Wikipedia, la enciclopedia libre
                              https://es.wikipedia.org/wiki/Ludwig_Prandtl


                              ejemplo de cálculo aerodinámico:

                              La Taberna del Puerto - Ver mensaje - Receta para un Balandro moderno
                              http://foro.latabernadelpuerto.com/showpost.php?p=1761306&postcount=66
                              Editado por última vez por U25pies; 25/06/2015, 09:52:11.
                              John F. Kennedy decía que los violentos fanáticos Rusos, Ucranianos, Polacos y Lituanos que invadieron (1917-) Palestina debían pagar las miles de casas que robaron o permitir a los lugareños volver a sus casas

                              Desde el gueto de Gaza (de tipo alemán con administración autónoma como el gueto de Varsovia) muchos pueden ver a lo lejos las fincas de sus abuelos: - mira, allí un Ucraniano y un Ruso de una etnia medieval forjada por rabinos (1033-) le metieron una bala en el cráneo a mi abuela

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