Efecto magno

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El efecto Magnus [1]  es un fenómeno físico que ocurre cuando un líquido o gas fluye alrededor de un cuerpo en rotación . Fuerza formada que actúa sobre el cuerpo y se dirige perpendicularmente a la dirección del flujo. Este es el resultado de la acción combinada de fenómenos físicos como el efecto Bernoulli y la formación de una capa límite en el medio alrededor del objeto aerodinámico.

Un objeto giratorio crea un movimiento de vórtice en el entorno que lo rodea. En un lado del objeto, la dirección del vórtice coincide con la dirección del flujo alrededor y, en consecuencia, aumenta la velocidad del medio de este lado. En el otro lado del objeto, la dirección del vórtice es opuesta a la dirección del flujo y la velocidad del medio disminuye. Debido a esta diferencia de velocidad, surge una diferencia de presión, que genera una fuerza transversal desde el lado del cuerpo giratorio en el que la dirección de rotación y la dirección de flujo son opuestas, hacia el lado en el que estas direcciones coinciden. [2] Este fenómeno se usa a menudo en los deportes, véanse por ejemplo los golpes especiales: top spin y back spin , dry leaf en el fútbol o hop-up system en el airsoft .

El efecto fue descrito por primera vez por el físico alemán Heinrich Magnus en 1853 .

Fórmula para el cálculo de la fuerza

Fluido ideal

Incluso si el fluido no tiene fricción interna ( viscosidad ), se puede calcular el efecto de sustentación.

Deje que la pelota esté en el flujo de un fluido ideal que corre sobre ella. La velocidad del flujo en el infinito (cerca de él, por supuesto, está distorsionada) . Para simular la rotación de la pelota, introducimos la circulación de velocidad a su alrededor. En base a la ley de Bernoulli , se puede obtener que la fuerza total que actúa en este caso sobre la pelota es igual a:

Esto muestra que:

  1. la fuerza total es perpendicular al flujo, es decir, la fuerza de resistencia del flujo de un fluido ideal que actúa sobre la bola es cero ( paradoja de D'Alembert );
  2. la fuerza, dependiendo de la relación entre las direcciones de circulación y la velocidad del flujo, se reduce a una fuerza de elevación o descenso (asumiendo que la línea de visión se dirige horizontalmente).

Líquido viscoso

La siguiente ecuación describe las cantidades necesarias para calcular la sustentación generada por la rotación de una bola en un fluido real:

dónde:

- fuerza de elevación ;  es la densidad del líquido; es la velocidad de la pelota en relación con el medio; es el área transversal de la esfera;  es el coeficiente de sustentación .

El coeficiente de elevación se puede determinar a partir de las gráficas de los datos experimentales usando el número de Reynolds y el coeficiente de rotación (( diámetro de velocidad angular )/(2 velocidad lineal)). Para relaciones de rotación de 0,5 a 4,5, el coeficiente de sustentación oscila entre 0,2 y 0,6.

Aplicación

Aerogeneradores

El aerogenerador de “rotor de aire” es un dispositivo atado que se eleva con helio a una altura de 120 a 300 metros. [3]

Turbosails en barcos

Desde la década de 1980, el Cousteau Alsion ha operado con una sofisticada turbovela que utiliza el efecto Magnus.

Desde 2010, el carguero E-Ship 1 ha estado en operación con las velas giratorias más simples de Anton Flettner .

En 2017, se instala una vela de rotor que utiliza el efecto Magnus en el ferry Viking Grace [4] .

Neumática

Se utiliza en airsoft en sistemas hop-up para aumentar el alcance del tiro.

Véase también

Notas

  1. ↑ Efecto Magnus  // Gran Enciclopedia Rusa  : [en 35 volúmenes]  / cap. edición Yu. S. Osipov . - M.  : Gran Enciclopedia Rusa, 2004-2017.
  2. ↑ Efecto Magnus  // Lille - Mammalogy. - M  .: Enciclopedia soviética , 1938. - ( Gran enciclopedia soviética  : [en 66 volúmenes]  / editor -en jefe O. Yu. Schmidt  ; 1926-1947, v. 37).
  3. ↑ Un barco extraño para el viento // altenerg.ru, 29/09/2009
  4. ↑ Ferry de cruceros Viking Grace instala turbosail para uso híbrido de energía eólica/Maritime Herald, 27 de enero de 2017

Literatura

Enlaces