Despierta (física)
En dinámica de fluidos , una estela puede ser:
- la región de flujo recirculante inmediatamente detrás de un cuerpo romo en movimiento o estacionario, causada por la viscosidad , que puede estar acompañada de separación del flujo y turbulencia , o
- el patrón de ondas en la superficie del agua aguas abajo de un objeto en un flujo, o producido por un objeto en movimiento (por ejemplo, un barco), causado por diferencias de densidad de los fluidos por encima y por debajo de la superficie libre y la gravedad (o tensión superficial ).
Viscosidad
La estela es la región de flujo perturbado (a menudo turbulento ) aguas abajo de un cuerpo sólido que se mueve a través de un fluido, causado por el flujo del fluido alrededor del cuerpo.
En el caso de un cuerpo romo en un flujo externo subsónico , por ejemplo, las cápsulas Apollo u Orion durante el descenso y el aterrizaje, la estela se separa de forma masiva y detrás del cuerpo hay una región de flujo inverso donde el flujo se mueve hacia el cuerpo. Este fenómeno se observa a menudo en las pruebas de túnel de viento de aeronaves y es especialmente importante cuando se trata de sistemas de paracaídas , porque a menos que las líneas del paracaídas extiendan la cubierta más allá de la región de flujo inverso, el paracaídas puede no inflarse y, por lo tanto, colapsar. Los paracaídas desplegados en estelas sufren déficits de presión dinámica que reducen sus fuerzas de arrastre esperadas. A menudo se realizan simulaciones de dinámica de fluidos computacional de alta fidelidad para modelar los flujos de estela, aunque dicho modelado tiene incertidumbres asociadas con el modelado de turbulencia (por ejemplo, implementaciones RANS versus LES ), además de los efectos de flujo inestable. Las aplicaciones de ejemplo incluyen la separación de etapas de cohetes y la separación de almacenes de aeronaves.
Diferencias de densidad
En los fluidos incompresibles (líquidos), como el agua, se crea una estela de proa cuando una embarcación se mueve a través del medio; como el medio no se puede comprimir, debe desplazarse, lo que da lugar a una ola. Como ocurre con todas las formas de onda , se propaga hacia afuera desde la fuente hasta que su energía se vence o se pierde, generalmente por fricción o dispersión .
El parámetro adimensional de interés es el número de Froude .
Patrón de estela de Kelvin
Las aves acuáticas y los barcos que se desplazan por la superficie del agua producen un patrón de estela, explicado matemáticamente por primera vez por Lord Kelvin y conocido hoy como el patrón de estela de Kelvin . [1]
Este patrón consta de dos líneas de estela que forman los brazos de un cheurón, V, con la fuente de la estela en el vértice de la V. Para un movimiento suficientemente lento, cada línea de estela está desplazada respecto de la trayectoria de la fuente de estela alrededor de arcsin(1/3) = 19,47° y está formada por pequeñas ondas en un ángulo de aproximadamente 53° respecto de la trayectoria.Otros efectos
Lo anterior describe una estela ideal, en la que el medio de propulsión del cuerpo no tiene ningún otro efecto sobre el agua. En la práctica, el patrón de olas entre los frentes de olas en forma de V suele estar mezclado con los efectos de la estela de la hélice y los remolinos detrás de la popa (normalmente cuadrada) del barco.
El ángulo de Kelvin también se deriva para el caso de aguas profundas en las que el fluido no fluye a diferentes velocidades o direcciones en función de la profundidad ("cizallamiento"). En los casos en que el agua (o el fluido) tiene cizallamiento, los resultados pueden ser más complicados. [2] Además, el modelo de aguas profundas descuida la tensión superficial, lo que implica que la fuente de onda es grande en comparación con la longitud capilar .
Recreación
Las "zonas sin estelas" pueden prohibir las estelas en los puertos deportivos , cerca de los amarres y a cierta distancia de la costa [3] con el fin de facilitar la recreación de otras embarcaciones y reducir el daño que causan las estelas. A las embarcaciones estrechas a motor en los canales británicos no se les permite crear una estela rompiente (una estela lo suficientemente grande como para crear una ola rompiente ) a lo largo de las orillas, ya que esto las erosiona. Esta regla normalmente restringe a estas embarcaciones a 4 nudos (4,6 mph; 7,4 km/h) o menos.
Las estelas se utilizan ocasionalmente con fines recreativos. Los nadadores, las personas que viajan en motos acuáticas y los mamíferos acuáticos como los delfines pueden aprovechar el borde delantero de una estela. En el deporte del wakeboard, la estela se utiliza como salto. La estela también se utiliza para impulsar a un surfista en el deporte del wakesurf . En el deporte del waterpolo , el portador de la pelota puede nadar mientras avanza la pelota, impulsado hacia adelante con la estela creada por brazadas alternas en estilo crol , una técnica conocida como drible . Además, en el deporte del maratón de canoas, los competidores utilizan la estela de otros kayaks para ahorrar energía y obtener una ventaja, a través de la práctica de sentar sus botes en la estela de otro, por lo que su kayak es impulsado por la estela.
Véase también
Referencias
- ^ William Thomson (1887) "Sobre las olas de los barcos", Institution of Mechanical Engineers, Proceedings , 38: 409–34; ilustraciones, págs. 641–49.
- ^ Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, "Un enigma de física de 127 años resuelto", Phys.org , 21 de agosto de 2019. Consultado el 22 de agosto de 2019.
- ^ BoatWakes.org, Tabla de distancias
Enlaces externos
- Erosión causada por las estelas de los barcos
- Derivación detallada del NIST
