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MAGNusMAGNus y SU CONOCIDO O DESCONOCIDO EFECTOy SU CONOCIDO O DESCONOCIDO EFECTO
J osé Luis M ariño RodríguezJ osé Luis M ariño Rodríguez
Alum no Alum no 2º C2º C urso Ciencia urso Ciencia
Vigo Vigo Dic Dic 2013 2013
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Hace unos cuantos años un compañero de trabajo me preguntó si era
posible que un barco se moviese, usando cilindros verticales en lugar de velas,
como sistema propulsor. Confieso que la pregunta me sorprendió y supongo que
también aquel que no lo haya oído hasta ahora. Hasta yo llegué a creer que era
una “leyenda urbana” que como tantas otras pululan por la red, pero no obstante
me vi en la obligación de dar una respuesta basada en la física, por lo cual no tuve
más remedio que acudir a la biblioteca y consultar viejos y nuevos tratados de
fluidos.
La búsqueda me condujo en principio al físico alemán Heinrich Gustav
Magnus (1802-‐1870 ) cuya fama se la dio justamente el estudio que explicaba las
causas del cambio en la trayectoria en algunos deportes tales como el golf, futbol
o tenis o el propio boomerang, en los que se hace uso de pelotas en rotación que
cambian de trayectoria.
Por medio de las explicaciones de este físico alemán será mas fácil entender
la causa que origina y hace modificar la dirección a través del aire de pelotas que
giran y se desplazan al mismo tiempo. Basta observar las pelotas “liftadas o
cortadas de Nadal o los balones disparados en una falta, cerca de la portería por
Ronaldo en un partido de futbol intentado engañar al portero.
Pues bien: este físico comprobó experimentalmente que por efecto de la
velocidad de rotación de la pelota y la viscosidad del medio en el que se encuentra
en los extremos de la pelota se generan efectos contrarios, es decir en una parte
de esta pelota la velocidad tangencial producida por giro es contrarestada por la
velocidad de desplazamiento de esta y en el lado contrario las velocidades se
suman como se puede ver en la figura.
Magnus . El conocido o desconocido efecto
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Fig 1 Fig 2
Todo ello se debe al efecto de la viscosidad; los elementos de un fluido que
se encuentran en contacto con la superficie límite, son arrastrados por el
movimiento de giro del cilindro, de tal forma que en la parte superior del cilindro
los elementos de fluido disminuirán de velocidad y en cambio, en la parte inferior
su velocidad aumentará tal como se ve en la figura.
La verdad es que es Bernuilli, padre de la hidrodinámica, que como
sabemos es la parte de física que estudia a los fluidos (gases o liquidos ) en
movimiento, el que con sus famosos Principios1 relacionan la velocidad y la
presión de los objetos que se mueven dentro de un fluido2, los que dan
consistencia a este efecto Magnus
1 El principio de Bernuilli El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un flujo laminar moviéndose a lo largo de una corriente de agua. expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:
• Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido. • Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea. • Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.
2 Debe tratase de un fluido laminar o corriente laminar. Es laminar cuando este movimiento es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente laminar.
Magnus y su conocido o desconocido efecto
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Es justamente la diferencia de presión el que origina una fuerza sobre la
bola que motiva el cambio de dirección de esta “la presión del aire será menor en
aquellos puntos donde la velocidad del fluido es mayor y viceversa. En
consecuencia, en el ejemplo de nuestro dibujo, debido a que la velocidad del aire
es mayor en la parte inferior de la pelota por su giro sobre sí misma, la presión en
esa zona será menor que en la parte superior, por lo que el esférico
experimentará una fuerza dirigida hacia abajo que hará que alcance el suelo antes
de lo que lo haría si no se diese el efecto Magnus
En la figura 3 se puede ver gráficamente como actúa la diferencia de
presiones y la fuerza resultante sobre una bola que gira a través del aire.
Fig 3
Y ahora, ¿ todo esto que relación tiene con la introducción y la pregunta
sobre el tema de las velas? Pues bien, resulta que también en Alemania en el siglo
pasado vivió otro físico un tal -‐Anton Flettner -‐ que en colaboración con otro
colaborador especialista en mecánica de fluidos, Prandtl, llegó a la conclusión de
que dicho -‐efecto Magnus -‐ podía ser desarrollado para ser explotado como un
innovador y eficaz sistema de propulsión en los buques en lugar de velas
Magnus . El conocido o desconocido efecto
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Este físico, Anton Flettner, y sus colaboradores introdujeron de forma
experimental a principios del siglo pasado en un antiguo buque llamado “Buckau”
y luego rebautizado como “Baden Baden “, dos rotores verticales en forma de
cilindros que sobresalían de la cubierta, como podemos ver en la imagen Fig 5
Los rotores se conocieron como Flettner rottors en honor a este señor y
ofrecía grandes ventajas sobre el sistema más convencional de empuje por velas,
que se traducía en menos peso de velas y jarcia33 y por lo tanto en mayor
rendimiento.
Fig 4
Los resultados no cumplieron las expectativas y la gran depresión de los
años 20 motivó la paralización del desarrollo de este prototipo y por tanto la
posible comercialización de este nuevo e ingenioso sistema de propulsión que
podría haber sido incorporado a nuevos barcos. Tampoco la bajada de precio de
los combustibles favoreció una mayor experimentación del mismo.
3 Jarcia.: sistema de aparejos: palos velas y cabos de los barcos de vela
Magnus y su conocido o desconocido efecto
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Fig 5
No obstante la continua búsqueda de sistemas enérgicos limpios en los
comienzos de este siglo dio como resultado que una empresa, de nuevo alemana,
dedicada al desarrollo y fabricación de productos basados en tecnologías limpias
como aerogeneradores, la que encargase el prototipo E-‐1 con este sistema de
rotores, incorporando cuatro grandes cilindros, a un astillero en Kiev. Este buque
fue entregado realizando satisfactoriamente su primera travesía en el año 2010
Fig 6.
El buque efectivamente utiliza el efecto Magnus usando los rotores
Flettner para su propulsión combinándolo con unos motores eléctricos que
giran asociados al efecto del viento y generan una fuerza que impulsa al
navío.
Fig 6
Magnus . El conocido o desconocido efecto
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El singular buque inició su viaje en el puerto alemán de Emden atravesó el
océano Atlántico hasta un puerto en Brasil. (En el video ,cuyo enlace incluyo, se
puede observar su tamaño y su navegación en la travesía de estreno).
http://www.youtube.com/watch?v=2pQga7jxAyc
De momento no se dispone información del resultado económico de este ni
del encargo de otros nuevos buques que vayan a utilizar este innovador sistema
Para terminar les indico que también este efecto-‐ el Magnus-‐ es el
responsable de que nuestros aviones vuelen , pero eso es ya otra historia.
Jose Luis Mariño Rodriguez Alumno 2 curso Ciencia
Vigo Dic 2013
Bibliografia.
Victor L Streeter, Mecanica de Fluidos 4º edición J. Craft, H. Iacovides and B. E. Launder, Dynamic Perfomance of Flettner Rotors with and without Thom discst Turbulence Mechanics Group, School of MACE University of Manchester, Manchester
Enciclopedia Británica The Magnus Force
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