viernes, 13 de febrero de 2015

Efecto magnus en dinámica aérea

1-. INTRODUCCIÓN

Nombrado en honor al físico y químico alemán HG Magnus, quien fue el primero (1853) que investigó el efecto de forma experimental y que es responsable de la "curva " que describe una pelota de tenis o una bola de golf.


2-. EXPLICACIÓN DEL EFECTO MAGNUS

Consiste en la generación de una fuerza que desvía la trayectoria de un sólido cilíndrico o esférico en rotación que viaja en un fluido (líquido o gas), cuando hay un movimiento relativo entre el cuerpo en rotación y el fluido.

Un objeto que gira moviéndose a través de un fluido se desvía de su trayectoria rectilínea debido a las diferencias de presión que se desarrollan en el fluido como resultado de los cambios de velocidad inducidos por el cuerpo en rotación. El efecto Magnus es una manifestación particular del teorema de Bernouilli: la presión del fluido disminuye en los puntos donde la velocidad del fluido aumenta. En el caso de una bola girando a través del aire, ésta arrastra consigo algo de aire. Visto desde la posición de la bola, el aire discurre por todos lados. El arrastre en el lado de la pelota que gira en el aire (en la misma dirección de la pelota que viaja) retarda el flujo de aire, mientras que en el otro lado el arrastre acelera el flujo de aire. La mayor presión en el lado en el que el flujo de aire se ralentiza fuerza a la bola a ir en la dirección de la región de baja presión en el lado opuesto, donde se produce un aumento relativo del flujo de aire.

Explicación del efecto Magnus respecto al teorema de Bernouilli:

Según Bernouilli, si tenemos un cilindro situado en reposo en el interior de un fluido en movimiento, las velocidades de los puntos 1 y 2 pueden considerarse iguales a la velocidad v0 del flujo no perturbado v1≡ v0; v2 ≡v0

Pero si el cilindro gira con velocidad angular ω, las velocidades del fluido en los puntos 1 y 2 serán:

V1= v0 + ωR

V2= v0 – ωR

Siendo v1 > v2

Aplicando el Teorema de Bernouilli resulta P1< P2 lo que da lugar a la aparición de una fuerza ΔF= (P2-P1) ΔS cuya resultante es la fuerza de sustentación.



3-. EFECTO MAGNUS EN EL DEPORTE

a) Efecto Magnus en el fútbol:

Popularmente referenciado como “efecto”, se puede meter un gol en fútbol con la trayectoria del balón rodeando la barrera y también desde un saque de esquina como el que marcó el brasileño Roberto Carlos en un partido amistoso contra la selección francesa en 1997.


Según el estudio de un equipo de científicos francés, hubo dos elementos clave en este tipo de gol. Por un lado, la distancia a la portería (35 metros), que otorga a la pelota el tiempo suficiente para describir una trayectoria curva. Aunque para completar el arco debe combatir la fuerza de la gravedad y la fricción del aire, que ralentiza el desplazamiento, la alta velocidad que alcanza la pelota (130km/h) es el otro parámetro. La conclusión de los autores del estudio es que puede repetirse. La prueba se pudo ver en un gol de Messi contra el Almería a principios de marzo de 2014.

Un gran deportista que pone en práctica este efecto en el deporte y del cual se ha hablado es Cristiano Ronaldo. …”Por ejemplo, pasar por la derecha de una barrera y curvarse para entrar en la portería de un campo de fútbol…”

Más sobre este efecto…”Los estudios realizados en los últimos años han usado la cinemática para obtener información tanto del balón como del chut. Del balón se han analizado las trayectorias, velocidades y número de vueltas por unidad de tiempo. Por otro lado, se han reproducido las condiciones en túneles de viento, en los que se han calculado los coeficientes aerodinámico (CX) y de sustentación de los balones ante diferentes regímenes de circulación del aire a su alrededor. Finalmente, mediante la ayuda de ordenadores, ecuaciones y toda la información recopilada, se ha logrado representar de forma gráfica y numérica las presiones que el aire genera en torno al balón y que son las responsables de las modificaciones de su trayectoria…”



b) Efecto Magnus en el baloncesto:

El efecto dado con la muñeca al balón permite una trayectoria más bombeada que ayude a entrar mejor. Además, si el balón choca con la parte posterior del aro o tablero, gracias a su rotación, tiende a entrar a continuación en la canasta.


c) Efecto Magnus en el pádel (aplicable a tenis):

Aplicar un efecto a la pelota implica actuar sobre su trayectoria, dando a la pelota una rotación. Dar efecto permite al jugador que lo realiza cambiar el ritmo de juego, acelerando o ralentizando la jugada en función de las necesidades. El efecto más aplicado en pádel es el cortado.
  • Efecto cortado
Su aplicación hace girar la pelota en sentido contrario a su trayectoria. Para conseguirlo el golpe se aplica de arriba hacia abajo inclinando la pala ligeramente de forma que el canto inferior de la pala esté por delante del superior. El movimiento de entrada de la pelota será descendente, razón por la cual tiene poco rebote, además cambia de ritmo, de velocidad y hay una variación en su trayectoria. Todo ello dificulta el juego a los contrarios, pues les obliga a jugar muy flexionados y devolver golpes de abajo arriba, lo que supone una gran ventaja.


  • Efecto liftado o envolvente
Su aplicación hace girar la pelota en el mismo sentido que su trayectoria, es decir, la pala “envuelve” la pelota para mantener más tiempo el contacto y poder controlar mejor el golpe y su dirección. Se consigue manteniendo la pala casi perpendicular al suelo y golpeando con una trayectoria continuada de la pala de abajo hacia arriba. Las ventajas de este golpe es que permite aprovechar pelotas anguladas y así construir el ataque, su aplicación es cerca de la red y a los pies de los contrarios, lo que les obligará a devolver la pelota desde abajo. Uno de los inconvenientes es que si se levanta demasiado el golpe el rival tiene una posición cómoda para definir, y como generalmente esta situación se da en la red, es fácil perder el punto.



d) Efecto Magnus en el beisbol: 

En referencia a beisbol, la parte a destacar del artículo es: “La acción de giro creada cuando el pitcher lanza la pelota es cuando el pitcher lanza la pelota y es el secreto detrás de la curva. Esa rotación hace que el aire fluya de manera diferente en la parte superior de la bola de lo que hace debajo de ésta. La parte superior de la pelota está girando directamente con el aire encima y la parte inferior de la bola está girando con el flujo de aire de abajo. El aire debajo de la bola está fluyendo más rápido que el aire en la parte superior de la pelota creando menos presión, lo que obliga a que la bola se mueva hacia abajo o curve”. De nuevo, se trata de otro ejemplo del Efecto Magnus.



4-. ¿QUIERE SABER MÁS? 

1. Referencias biográficas; Artículos: 




2. Páginas de interés: 



3. Contenido Multimedia: 



5-. BIBLIOGRAFÍA

1. Gómez JC. Mecánica. 2ª Ed. Madrid: Paraninfo; 1998

2. Fidalgo JA, Fernández MR, Fernández N, Gutiérrez ER. Mecánica. León: Everest; 2000

3. Sears FW, Zemansky MW. University Physics. 3rd Ed. Massachusetts: Addison- Wesley; 1966

4. “Magnus effect". Encyclopædia Britannica. Encyclopaedia Britannica 2008 Ultimate Reference Suite. Chicago: Encyclopædia Britannica, 2008

5. González C. Escuela de… pádel. Del aprendizaje a la competición amateur. 7ª Ed. Madrid: Tutor; 2011

6. El fútbol y la mente. XL Semanal. 2014 [citado 20-26 Abril 2014]


8. http://www.elcultural.es/version_papel/CIENCIA/30997/Cristiano_Ronaldo_juega_con_la_fisica. Publicado en El Cultural del Mundo por Antonio Ruiz de Elvira el 11 de mayo de 2012.

Publicado en EL PAIS, por Xavier Aguado Jodar el 23 de diciembre del 2009.


ABIGAIL MORALES. 
MARIA MUÑOZ. 
FUENSANTA NUÑO. 
MARIA OBON. 
ALVARO FRAILE.

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