Efecto Magnus
Efecto Magnus
Efecto Magnus
INTRODUCCION
Un objeto en rotacin crea un flujo rotacional a su alrededor. Sobre un lado del objeto,
el movimiento de rotacin tendr el mismo sentido que la corriente de aire a la que el
objeto est expuesto. En este lado la velocidad se incrementar. En el otro lado, el
movimiento de rotacin se produce en el sentido opuesto a la de la corriente de aire y
la velocidad se ver disminuida.
II.1. HISTORIA
Isaac Newton fue el primero en describir y teorizar sobre el movimiento de una pelota
de tenis despus de observar un partido en el Cambridge Colleg de acuerdo a James
Gleick en su obra sobre el extraordinario genio ingls editada en el 2004.
Pero formalmente se le adjudica al qumico y fsico alemn Heinrich Magnus la primera
descripcin formal en 1853. Aunque su nombre sea famoso por el efecto
aerodinmico, su principal dedicacin estuvo orientada al estudio de compuestos
qumicos de platino-amonio (como las sales verdes de Magnus) y cidos, la reduccin
de densidad en granates y vesuvianita cuando se funden, absorcin de gases en la
sangre, la expansin de los gases por el calor, las presiones de vapores de agua y
otras sustancias, termoelectricidad, electrlisis, induccin de corriente, conduccin de
calor por gases, polarizacin del calor, propiedades diatrmicas de gases y vapores, y
efectos trmicos de la condensacin de vapores en superficies slidas.
Su estudio de la desviacin de los proyectiles de arma de fuego lo llevaron a estudiar
el efecto aerodinmico que lleva su nombre.
Tambin se destac con un excelente docente, y alto catedrtico llegando al rectorado
de la Universidad de Berln.
II.2. DEFINICION
El efecto Magnus, denominado as en honor al fsico y qumico alemn Heinrich
Gustav Magnus (1802-1870), es el nombre dado al fenmeno fsico por el cual la
rotacin de un objeto afecta a la trayectoria del mismo a travs de un fluido, como por
ejemplo, el aire. Es producto de varios fenmenos, incluido el principio de Bernoulli y la
condicin de no deslizamiento del fluido encima de la superficie del objeto. Este efecto
fue descrito por primera vez por el fsico alemn Heinrich Magnus en 1853.
Un objeto en rotacin crea un flujo rotacional a su alrededor. Sobre un lado del objeto,
el movimiento de rotacin tendr el mismo sentido que la corriente de aire a la que el
objeto est expuesto. En este lado la velocidad se incrementar. En el otro lado, el
movimiento de rotacin se produce en el sentido opuesto a la de la corriente de aire y
la velocidad se ver disminuida. La presin en el aire se ve reducida desde la presin
atmosfrica en una cantidad proporcional al cuadrado de la velocidad, con lo que la
presin ser menor en un lado que en otro, causando una fuerza perpendicular a la
direccin de la corriente de aire. Esta fuerza desplaza al objeto de la trayectoria que
tendra si no existiese el fluido. En el espacio o en la superficie de los cuerpos celestes
que carecen de atmsfera (como la luna) este fenmeno no se produce.
En la imagen, en la que una esfera observada lateralmente se est desplazando hacia
la derecha (por lo que la velocidad del aire circundante respecto de la esfera va hacia
la izquierda) y gira en el sentido de las agujas del reloj, la velocidad del aire en el
punto ms bajo de la esfera aumenta por el arrastre de ese giro. Asimismo, en el punto
ms alto, el giro de la esfera se opone a la corriente de aire y frena esta corriente.
De ah que en el punto ms bajo de la esfera aparezca una prdida de presin
respecto del ms alto que impulsa a la esfera hacia abajo.
De la misma forma, si el baln girase sobre el eje vertical que pasa por su centro,
podra desviarse a la derecha o a la izquierda, dependiendo del sentido del giro.
Viendo un golpe liftado en un partido de tenis, un saque de voleibol o el lanzamiento
de una falta por parte de un jugador de ftbol, podremos observar las consecuencias
que tiene el efecto Magnus sobre el juego.
III. EFECTO MAGNUS EN EL DEPORTE
LA PELOTA EN VUELO
La pelota en vuelo est sometida a numerosas fuerzas y efectos que ponen el adjetivo
"deportivo" en una "pelota deportiva". Gran parte de la gracia de los deportes con
tiles esfricos est en las variaciones inducidas por estos efectos.
Explicar el vuelo de una pelota presiciendo del efecto Magnus es muy simple. Como
ya mencionamos no es ms que la parbola balstica levemente deformada o
"acortada" debido a la resistencia del aire.
Uno de ellos es el efecto de Bernoulli que es el que se usa para proporcionar parte de
la sustentacin que permite a un avin volar. Si se observan las alas de un avin de
perfil se nota que tienen una forma particular, como una gota horizontal con la parte
inferior bsicamente plana y la superior convexa o abultada hacia arriba. Esta forma
permite usar el efecto Bernoulli para generar una fuerza o empuje vertical cuando el
avin comienza a moverse. Cuando el aire comienza a fluir y encuentra el borde
anterior del ala (o borde de ataque), el flujo se divide en dos. Una parte contina sin
cambio por debajo del ala, pero otra parte debe pasar por encima del ala. Debido a la
forma del ala el aire que debe pasar por arriba debe recorrer en el mismo tiempo una
mayor distancia que el que pasa por debajo (esto es una exigencia del principio de
conservacin dela energa aplicado a las molculas de aire en movimiento), por lo cual
el aire que pasa por arriba debe hacerlo a mayor velocidad que el que pasa por abajo.
El aire ejerce menor presin cuanto ms rpido se mueve, por lo que la presin en la
parte superior del ala ser menor a la presin en la parte inferior, con lo que se
producir una fuerza neta de arriba hacia abajo que tender a elevar el avin. Valga
aclarar como nota al margen que la sustentacin de los modernos aviones comerciales
proviene solo en minora del empuje de Bernoulli, la mayor parte es originada por el
llamado empuje de resistencia que tiene que ver con el ngulo con que el ala "ataca"
el aire (el mismo que es responsable de mantener las cometas en el aire).
Todo esto hace que en principio sea relativamente simple darse cuenta si una bola se
mueve en estado turbulento: si parece mantener su velocidad sin mayor "frenaje"
aparente, y si pese a llevar spin no experimenta las desviaciones propias de efecto
Magnus.
Pero las cosas se ponen an ms interesantes porque una bola en vuelo puede
experimentar flujo turbulento tras ser impactada y moverse a mxima velocidad, pero
luego, a causa de la resitencia -que por supuesto subsiste an en flujo turbulento-
disminuir su velocidad para pasar a flujo laminar. Esto quiere decir que el cuerpo
puede empezar su vuelo en condiciones propias de la turbulencia (trayectoria veloz sin
mayores desviaciones), pero terminar en condiciones laminares (trayectoria con
velocidad en franca disminucin y sometida a las deviaciones del efecto Magnus). Un
golpe que haga a una pelota viajar pasando de un estado a otro es mucho ms
interesante y desconcertante para el rival. Imagnense ver salir una bola rpida
aparentemente plana viajando bsicamente en una recta, prepararse para
contrarrestarla, y que a mitad de camino se transforme en una bola en franca
desaceleracin y que comience a desviarse notoriamente de la trayectoria inicial a
consecuencia del efecto Magnus. Toda una sorpresa.
Repasemos
entonces todos
los cambios y
percepcin del
vuelo de la
pelota desde el
punto de vista
del rival en un
viaje que
transiciones de
turbulenta a
laminar. El
jugador
impacta la bola
con suficiente
energa como
para despedir
la pelota con
velocidad
suficiente para
entrar en
estado
turbulento. La
pelota viaja en
una trayectoria
notablemente
fija,
experimentando un drag constante con lo que la velocidad vara poco y lo hace a un
ritmo bsicamente fijo. En esta etapa la trayectoria de la pelota a los ojos del rival es
predecible, la mayor dificultad para l controlar la velocidad. Pero ahora la velocidad
baja lo suficiente y la bola entra en la zona de transicin. A los ojos del rival la bola
mgicamente parecer acelerarse en el medio del aire, pero antes de tener tiempo
para procesar esta sorpresa la pelota parecer frenarse tan bruscamente como
pareci hacer lo contrario instantes antes, simultneamente, al salir de la transicin y
entrar al flujo laminar, el efecto Magnus se manifestar al mximo de inmediato, con lo
que a la vista del sorprendido receptor ahora la pelota adems parecer empezarse a
torcer abruptamente en el aire.
Sin duda un tiro que transite de turbulento a laminar, con intenso spin y alta velocidad
inicial sea posiblemente el golpe perfecto, ms cercano a la magia -si no se conoce la
fsica del fenmeno- que al deporte.
Posiblemente en tenis de mesa el golpe "mgico" no sea simple de lograr sobre todo
por la corta trayectoria del vuelo que quiz no sea suficiente para permitir la transicin
de turbulento a laminar. Sin embargo en ftbol, en los tiros de larga distancia, hay
mejores chances, aunque tampoco es algo que se vea cotidianamente. Son pocos los
jugadores que consiente y sistemticamente sacan partido del vuelo mixto del baln.
Uno de ellos es Roberto Carlos de Brasil, el mejor ejecutante de tiros de afuera del
rea contemporneo y probablemente de la historia. Se dice que intuitivamente hace
uso de los vuelos de transicin e incluso forman parte de sus prcticas. En particular
hay un gol capturado por las cmaras de televisin que fascin de tal manera a
jugadores y espectadores que amerit su estudio puntual, y fue explicado usando los
mismos argumentos expuestos aqu.
IV. CONCEPTOS CLAVES PARA EXPLICAR LA
AERODINMICA DE LA PELOTA EN MOVIMIENTO
I. INTRODUCCIN
II. MARCO TERICO
II.1. Historia
II.2. Definicin
UNIVERSIDAD
DE CHICLAYO
TEMA: EFECTO MAGNUS
CICLO: VI