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Juan Carlos GilSilvana TapiaLuisa AchaerandioGastón GiribetFrancis VillatoroHéctor SocasIgnacio Cresporotor pasivo contra motor activoacoplamiento de giro entre rotoresphysical review letters experimento rotorvelocidad de giro del rotor activocolor rojo corrotación como cadena bicifigura 2 panel b del artículorotor pasivo y contrarotacióncizalla del fluido en rotor activotorque y contribuciones opuestasmodelo físico juan carlos gilrotores separados y remolinos de fluidoengranaje líquido intermediogeometría afecta al acoplamiento de giroremolinos y eficacia del engranajerotor principal y centrifugadorafigura 4 analogía mecánicaengranaje líquido fantasmageometría del sistema afecta acoplamientocorrea impulsada por la inerciarelación de giro y torque modestosfuerzas pequeñitas transmisión sin contactosedimentación de partículasmicroorganismos interactúan a través del fluidoJuan Carlos GilPhysical Review LettersAnticiteraJuan CarlosFigura 4Figura 2Leonardo da VinciIslammecanismo de AnticiteraHéctor SocasCoffee Break: Señal y RuidoDoomGastón GiribetUniversidad de Nueva YorkNYUEdad Media
Acoplamiento entre engranaje y correa
Ep549: Agujeros Negros; IAlucinaciones; Engranajes; Materia Oscura; Doom Neuronal
12 de marzo de 20268 momentos
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Juan Carlos Gil explica cómo investigadores estudiando un modelo físico de acoplamiento de giro entre rotores identificaron tres mecanismos distintos para la transición entre un comportamiento tipo engranaje y uno tipo correa.
…burbujas de aire dentro del fluido para visualizarlas mejor, pues ven eso, cómo se reorganiza el fluido, cómo se crean y destruyen remolinos, cómo aparecen inestabilidades; y bueno, a la postre determinan el sentido de giro y la velocidad del rotor pasivo. ¿Y cómo gira el rotor pasivo? Pues ahí está la sorpresa, siempre tiene que haberla si no que aburrida. A veces gira en sentido contrario del motor activo, como harían dos engranajes enfrentados, pero en una zona bastante amplia del mapa de parámetros este que os he comentado, sobre todo al aumentar la velocidad de giro del rotor activo y con ello el número de reinos del sistema, el rotor pasivo gira en el mismo sentido que el activo, como si estuviesen conectados por una suerte de correa invisible. Si miréis el artículo se ve, bueno, es muy visual y muy chulo, en la figura 2, panel B del artículo, donde el color azul indica contrarotación, es decir, comportamiento tipo engranajes clásico, y el color rojo corrotación, lo que sería la cadena de la bici. y bueno, si veis el mapa de rojos y azules, desde luego es de todo menos trivial, o sea que están ocurriendo cosas simpáticas. ¿Cómo estudian esas cosas? Pues también como solemos hacer, construyendo un modelo físico y explorándolo. Lo que hacen es ultra sencillo: dividen el perímetro, la circunferencia del rotor pasivo en dos regiones, el que está enfrentado al rotor activo que va a sufrir una cizalla del fluido directa y por tanto va a tender a hacerlo girar en contrarotación como un engranoje, mientras que el lado opuesto en la cizalla va a actuar en el lado opuesto del cilindro pues en sentido contrario. Así que el sentido final del giro del rotor pasivo va a depender de estas dos contribuciones de cizalla: cuál de ellas gane el pulso del torque, porque siempre va a haber dos efectos opuestos. Estudian entonces este modelo y determinan que esta transición entre el comportamiento tipo engranaje al tipo correa no ocurre por un solo mecanismo, sino que identifican hasta tres distintos. Al primero lo llaman topológico, es el primero porque casi es el más chulo. Cuando los rotores están muy separados, cuando dejan espacio en el centro para que ocurran cositas, los remolinos de fluido se organizan y se conforma una suerte de engranaje líquido, un gran remolino intermedio. Es como si hubiesen tres engranajes, dos físicos, los rotores y uno falso, de tal forma que invierte el torque dominante del activo. La segunda forma de alcanzar la corrotación. es geométrica. Si acercamos mucho, mucho, mucho los rotores, la región interior entre ellos, que es la que haría el efecto tipo engranaje, pues deja de ser eficaz. Ya no hay moleculitas, no se pueden formar grandes remolinos y acaba dominando el arrastre exterior de la corrotación. Y el tercero es inercial, el que decíamos en el Comportamiento experimental. Si aumentamos mucho la velocidad de giro del rotor principal, la inercia empuja el flujo hacia afuera, como si fuese una centrifugadora y al echarlo hacia afuera se escapa por detrás también del rotor pasivo y se favorece el comportamiento otra vez tipo correa. También esto se ve fenomenal en la figura 4, en la que además han hecho dibujitos como si fuese una analogía mecánica y se ven los tres comportamientos. Se puede comportar como si hubiese un engranaje líquido fantasma intermedio, como si estuviese unido por una correa debido a La geometría, o como una correa impulsada por la inercia cuando el fluido sale disparado hacia los bordes. Son los casos 1, 2 y 3 de la figura que me preocupa en contarlos en orce. Bueno pues, bastante chulo, pero no, a ver, esto no va a servir para mover cargas pesadas ni para hacer la caja de cambios de tu siguiente coche porque, como os podéis imaginar, la relación de giro y el torque transmitido son bastante modestitos. El valor de este efecto está en otro sitio, en este tipo de acoplamiento que puedes seleccionar, que puedes modelar y va a ser relevante este mecanismo en contextos donde las fuerzas sean muy pequeñitas, donde la transmisión sin contacto importe porque no quieras toquetear con una aguja a según qué cosa, pues como en suspensiones de partículas, os hablaba antes de la sedimentación o en microorganismos, que interactúan a través del fluido también como os comentaba antes. Y bueno, este estudio también puede ayudar a entender fenómenos semejantes como la interferencia entre estelas, por ejemplo, en parques eólicos; que esto, vamos, hay muchísimo dinero detrás, ya sabéis que una turbina eólica crea un canal de baja presión y…
Significado #3 · Palabras #1
Héctor Socas introduce una sección del programa centrada en temas relacionados con redes, desde las neuronales hasta la web cósmica y los engranajes mecánicos.
Habla: Héctor SocasPalabras #16redes neuronales y alucinacionesredes neuronales biológicas jugando doomweb cósmica y materia oscuraengranajes mecánicos sin contacto héctor socas…con desconocidos si la tortilla con cebolla o sin cebolla. También fue el año en que cayó el muro de Berlín. Con el panorama actual casi da nostalgia recordar épocas en que la tendencia era derribar barreras y construir puentes hacia una cultura más global. Y hablando de redes y de conectar, hoy tenemos mucho de eso: tenemos redes neuronales, y nos preguntaremos por qué alucinan. ¡Alucina, vecina! Ya que estamos con nostalgia ochentera, y hablaremos también de redes neuronales, pero biológicas; a ver qué es eso de que hay un ordenador biológico jugando al Doom, y hablaremos también de otra web: la web cósmica, y redes de materia oscura, y para los que son un poco más antisociales, de engranajes mecánicos sin contacto. Les habla Héctor Socas y están ustedes en compañía de Coffee Break, Señal y Ruido Ya. Saben que tenemos una página web que es señalirruido.com y que ahí pueden encontrar toda la información sobre este programa; contactar con nosotros. Pueden contactarnos en redes sociales, seguirnos por ahí para dejarnos sus preguntas, comentarios, dudas, todo…
Juan Carlos Gil propone cambiar de tema para desconectar, introduciendo un segmento llamado 'Engranajes que nos tocan', explicando que son piezas antiguas y transformadoras en la historia de la tecnología.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #10 · Palabras #4engranajes pieza transformadora tecnologíamecanismo anticitera computadora astronómica bronceepicicloides engranaje correa anteriorengranajes complejos computadora astronómicarelojes astronómicos usados en islamleonardo da vinci y engranajes helicoidales…íbamos a ir despacito, venga, Juan Carlos, ya está bien de tanta conexión y tanta red, cosas que no se tocan, venga, para la gente; hay gente aquí antisocial como yo y que no le gusta tanto el... Para desconectar, vamos a hablar de esto. Es una cosita ligera. El título que le he puesto es Engranajes que nos entocan. Bueno, los engranajes todos los conocemos son esas piezas con dientes que son de las más antiguas y posiblemente más transformadoras en la historia de nuestra tecnología. La primera evidencia de engranajes está en el famosísimo mecanismo de Anticitera, que es de un siglo antes de la era común; se cree, se sabe porque se ha estudiado una suerte de computadora astronómica hecha de bronce que tenía más de 30 engranajes y algunos extraordinariamente complejos porque eran incluso epicicloides que en vez de engranar por dentro engranan en una correa anterior. Una corona exterior. Es un sistema tan complejo que se cree con toda probabilidad de que ya se conocía mucho antes pero no ha llegado hasta nuestros días. Luego se han usado en millones de cosas: molinos de viento y de agua, relojes astronómicos que usaban en el Islam, los relojes medievales, los engranajes helicoidales de Leonardo da Vinci como ese que sirve para subir agua, pues eso, desde un río a alguna altura, creo que se llama hélice de Arquímedes, no recuerdo. La máquina de vapor. Tornillo de Arquímedes. Tornillo, ciertamente. Además hay un podcast que se llama así, no sé si sigue…
Juan Carlos Gil explica las limitaciones de los mecanismos de engranaje tradicionales, mencionando la fricción, el desgaste y la necesidad de lubricación.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #6engranajes como esqueleto mecánicotransmisión rotación entre dos engranajessentido de giro con engranajesvelocidad y dientes en engranajescorrea o cadena como bicicletaspiñón con plato en bicicletasmovimiento transmitido por contacto sólidogeometría de las piezas construidasrigidez forma función debilidadfricción y desgaste en engranajesengranajes magnéticos sin contactoembragues hidráulicos para rotacióneliminación contacto engranajesfluidos transmiten rotaciónvariar parámetros sistema hidráulicoengranaje invirtiendo giro…funciona el diferencial, lo que permite que las ruedas de los coches, al girar en un sentido, una vaya más rápida que la otra, sino una patinaría, ¿vale? How Differential Steering Works, 1937. Si lo encuentras y lo pones en el chat, te lo agradezco, Francis. Bueno, pues el caso es que eso junto a la rueda, la palanca y la polea, pues los engranajes forman el esqueleto mecánico de toda nuestra tecnología hasta la llegada de la digitalización, ¿no? Es muy sencillo un engranaje; en esencia lo que hace es transmitir rotación entre dos, cambiando el sentido de giro. Cuando hay dos engranajes engranan, uno gira en horario y otro siempre en contrahorario, y cambiando la velocidad si el número de dientes no coincide. Si lo que queremos es mantener el sentido de la rotación, tenemos que utilizar una tercera cosa, algo tipo una correa o una cadena, como las bicicletas que conecta el piñón con el plato. En ambos casos, correas y engranajes directos, el movimiento se transmite mediante contacto sólido y la relación de avance viene prefijada por la geometría de las piezas que hayas construido. Y es precisamente esa misma rigidez, en el sentido de que la forma produce la función, pues es a su vez su debilidad, la debilidad del Mecanismo de engranaje, porque claro, los dientes tienen que encajar perfectamente. Hay fricción, hay desgaste, se puede necesitar lubricación a menudo, produce ruido, funcionan por contacto y sabemos que cualquier contacto obviamente implica desgaste. Por eso a lo largo también de la historia ha intentado, se han buscado formas de transmitir esta rotación sin contacto directo. Ejemplos, el agua y el aire que hace girar turbinas, o hay engranajes magnéticos, no sé si lo habéis visto, tal cual engranajes, pero que se quedan a distancia, están llenos de pequeños imanes y cli, cli, cli, no son tan suaves, pero bueno, se acoplan en vez de mecánicamente por campo magnético y también hay embragues hidráulicos que por. Hidráulica hacen más o menos presión mediante un fluido. Así que bueno, de alguna forma hemos aprendido a eliminar el contacto de nuestros engranajes, pero siempre con un comportamiento prefijado. ¿No sería fantástico si un fluido pudiese transmitir la rotación evitando el contacto y según las circunstancias permitir variando algún parámetro del sistema que el chisme se comportase o bien como un engranaje invirtiendo el giro o bien como una correa manteniéndolo? Bueno, pues es ahí donde aparece, como podéis imaginar, el Artículo del que os voy a hablar, que se llama Acoplamiento de giro entre rotores mediado por un fluido. Fue publicado el 13 de enero, hace un mes, en Physical Review Letters. Los autores son Jesse Ethan Smith, Leif Ristroff y Jung Zhang, todos de la…
Juan Carlos Gil explica cómo investigadores estudiando un modelo físico de acoplamiento de giro entre rotores identificaron tres mecanismos distintos para la transición entre un comportamiento tipo engranaje y uno tipo correa.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #1rotor pasivo contra motor activoacoplamiento de giro entre rotoresphysical review letters experimento rotorvelocidad de giro del rotor activocolor rojo corrotación como cadena bicifigura 2 panel b del artículorotor pasivo y contrarotacióncizalla del fluido en rotor activotorque y contribuciones opuestasmodelo físico juan carlos gilrotores separados y remolinos de fluidoengranaje líquido intermediogeometría afecta al acoplamiento de giroremolinos y eficacia del engranajerotor principal y centrifugadorafigura 4 analogía mecánicaengranaje líquido fantasmageometría del sistema afecta acoplamientocorrea impulsada por la inerciarelación de giro y torque modestosfuerzas pequeñitas transmisión sin contactosedimentación de partículasmicroorganismos interactúan a través del fluido…burbujas de aire dentro del fluido para visualizarlas mejor, pues ven eso, cómo se reorganiza el fluido, cómo se crean y destruyen remolinos, cómo aparecen inestabilidades; y bueno, a la postre determinan el sentido de giro y la velocidad del rotor pasivo. ¿Y cómo gira el rotor pasivo? Pues ahí está la sorpresa, siempre tiene que haberla si no que aburrida. A veces gira en sentido contrario del motor activo, como harían dos engranajes enfrentados, pero en una zona bastante amplia del mapa de parámetros este que os he comentado, sobre todo al aumentar la velocidad de giro del rotor activo y con ello el número de reinos del sistema, el rotor pasivo gira en el mismo sentido que el activo, como si estuviesen conectados por una suerte de correa invisible. Si miréis el artículo se ve, bueno, es muy visual y muy chulo, en la figura 2, panel B del artículo, donde el color azul indica contrarotación, es decir, comportamiento tipo engranajes clásico, y el color rojo corrotación, lo que sería la cadena de la bici. y bueno, si veis el mapa de rojos y azules, desde luego es de todo menos trivial, o sea que están ocurriendo cosas simpáticas. ¿Cómo estudian esas cosas? Pues también como solemos hacer, construyendo un modelo físico y explorándolo. Lo que hacen es ultra sencillo: dividen el perímetro, la circunferencia del rotor pasivo en dos regiones, el que está enfrentado al rotor activo que va a sufrir una cizalla del fluido directa y por tanto va a tender a hacerlo girar en contrarotación como un engranoje, mientras que el lado opuesto en la cizalla va a actuar en el lado opuesto del cilindro pues en sentido contrario. Así que el sentido final del giro del rotor pasivo va a depender de estas dos contribuciones de cizalla: cuál de ellas gane el pulso del torque, porque siempre va a haber dos efectos opuestos. Estudian entonces este modelo y determinan que esta transición entre el comportamiento tipo engranaje al tipo correa no ocurre por un solo mecanismo, sino que identifican hasta tres distintos. Al primero lo llaman topológico, es el primero porque casi es el más chulo. Cuando los rotores están muy separados, cuando dejan espacio en el centro para que ocurran cositas, los remolinos de fluido se organizan y se conforma una suerte de engranaje líquido, un gran remolino intermedio. Es como si hubiesen tres engranajes, dos físicos, los rotores y uno falso, de tal forma que invierte el torque dominante del activo. La segunda forma de alcanzar la corrotación. es geométrica. Si acercamos mucho, mucho, mucho los rotores, la región interior entre ellos, que es la que haría el efecto tipo engranaje, pues deja de ser eficaz. Ya no hay moleculitas, no se pueden formar grandes remolinos y acaba dominando el arrastre exterior de la corrotación. Y el tercero es inercial, el que decíamos en el Comportamiento experimental. Si aumentamos mucho la velocidad de giro del rotor principal, la inercia empuja el flujo hacia afuera, como si fuese una centrifugadora y al echarlo hacia afuera se escapa por detrás también del rotor pasivo y se favorece el comportamiento otra vez tipo correa. También esto se ve fenomenal en la figura 4, en la que además han hecho dibujitos como si fuese una analogía mecánica y se ven los tres comportamientos. Se puede comportar como si hubiese un engranaje líquido fantasma intermedio, como si estuviese unido por una correa debido a La geometría, o como una correa impulsada por la inercia cuando el fluido sale disparado hacia los bordes. Son los casos 1, 2 y 3 de la figura que me preocupa en contarlos en orce. Bueno pues, bastante chulo, pero no, a ver, esto no va a servir para mover cargas pesadas ni para hacer la caja de cambios de tu siguiente coche porque, como os podéis imaginar, la relación de giro y el torque transmitido son bastante modestitos. El valor de este efecto está en otro sitio, en este tipo de acoplamiento que puedes seleccionar, que puedes modelar y va a ser relevante este mecanismo en contextos donde las fuerzas sean muy pequeñitas, donde la transmisión sin contacto importe porque no quieras toquetear con una aguja a según qué cosa, pues como en suspensiones de partículas, os hablaba antes de la sedimentación o en microorganismos, que interactúan a través del fluido también como os comentaba antes. Y bueno, este estudio también puede ayudar a entender fenómenos semejantes como la interferencia entre estelas, por ejemplo, en parques eólicos; que esto, vamos, hay muchísimo dinero detrás, ya sabéis que una turbina eólica crea un canal de baja presión y…
Juan Carlos Gil concluye la explicación sobre un artículo que describe cómo la transmisión de rotación puede ocurrir sin contacto físico entre piezas sólidas, emergiendo de un flujo intermedio.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #2transmisión rotación sin contacto físicomodelo chulo de transmisión rotaciónacoplamiento entre engranaje y correaflujo intermedio alterando estructura global…baja presión y ocurren ahí inestabilidades de todo tipo, que modelarlas desde luego es de todo menos fácil. Y también cuando hay conjuntos de muchos rotores, bueno pues que pueden acoplarse si en medio hay aire, que es lo que suele haber en nuestra atmósfera. Pues concluyendo, ¿por qué es importante lo que cuenta este artículo? Pues porque han demostrado de manera tanto experimental como un modelo muy chulo que la transmisión de la rotación pues no tiene por qué estar impuesta por una geometría de piezas sólidas toqueteándose, sino eso que puede emerger de un flujo intermedio que se puede reaccionar. Reorganizar, cambiar de estructura globalmente y llegar a alterar, dependiendo de las condiciones, el tipo de acoplamiento más parecido a un engranaje o una correa. Así que al final de lo que hemos hablado es literalmente de eso, de engranajes que no se tocan. Y hasta aquí lo que os quería contar; hoy he sido bueno. Bueno y breve. Lo bueno y breve, 2Bue. Lo bueno y breve. Y punto sucesivo. Complétele usted como chaje pete. Exactamente, le das ese prompt. Pues fíjate que volvió Gastón. Anda, de vuelta. Sí, porque tenía una reunión de trabajo de la que sabía que podía…
Héctor Socas introduce a Gastón Giribet, doctor en Ciencias Físicas y profesor en la Universidad de Nueva York (NYU), para los oyentes que solo están escuchando la segunda parte del segmento. Héctor menciona un agitador magnético del laboratorio como algo que le recuerda al tema anterior sobre engranajes.
Habla: Héctor SocasPalabras #18gastón giribet profesor en nyuengranajes y agitador magnético…y breve. Y punto sucesivo. Complétele usted como chaje pete. Exactamente, le das ese prompt. Pues fíjate que volvió Gastón. Anda, de vuelta. Sí, porque tenía una reunión de trabajo de la que sabía que podía escaparme. Si era lo suficientemente perito. Perito. Bueno, para los que solo estén escuchando la cara B y no hayan escuchado la A, pues Gastón Giribet, doctor en Ciencias Físicas y profesor en la Universidad de Nueva York, NYU. Bien, pues nada, no sé si hay comentarios o preguntas sobre esto de los engranajes que nos contaban. Nada, yo solo decirte, Juan Carlos, que me acabo de acordar del agitador magnético del laboratorio. Más que nada como algo que da, claro, sí, sí, es como que me ha recordado a eso, ¿no? Sí, ¿sabéis cómo funciona? En un vaso de igual, pues se pone sobre una cosita que tiene un imán que no se ve, que gira, y dentro se pone... La mosca. La mosca la llamáis, ¿sabéis? Sí, sí, en el laboratorio se llama mosca. Tiene forma así de supositorio, hidrodinámica, que dentro tiene…
Héctor Socas expresa su entusiasmo por la mención del mecanismo de Anticitera, relacionándolo con el contexto previo de engranajes en fluidos y destacando que este antiguo dispositivo ha permanecido sumergido en un fluido durante dos mil años.
Habla: Héctor SocasPalabras #15mecanismo de anticítera en fluidosanticitera sumergido dos mil añosbronce del mecanismo de anticítera…y eso gira con un torque y una velocidad. Vamos, se hacen unas mezclas. Y luego se limpia con agua y a tirar para el siguiente líquido. Sí, hay como un palito para sacarla, también imantado. También imantado, sí. Claro, para sacar la mosca, está todo pensado. A mí me ha gustado mucho que mencionaras el mecanismo de Anticitera, que tengo yo, que me gusta mucho esa movida, y además que lo pusieras en un contexto de engranajes en un fluido, porque el mecanismo lleva dos mil años en un fluido. El pobre, y se ha quedado un poco arrugado haciendo de bronce. Y puedo enseñar una cosa, es Que, bueno, no debería. Por cierto, lo habéis visto, lo habéis visto en persona; no en persona, qué ganas. Sí, sí, sí, solo quería decir que una vez estuve en... Ay, míralo. Quería enseñarlo porque... Ah, ya sé lo que. Ah, tú sabes lo que es, tú lo has visto,…
Héctor Socas reflexiona sobre la pérdida del conocimiento tecnológico relacionado con máquinas de engranaje como el mecanismo de Anticitera, sugiriendo que su construcción requirió una escuela o varias y que este saber se perdió tras el declive de la civilización helénica.
Habla: Héctor SocasSignificado #20 · Palabras #19civilización helénica y declive del sabermáquinas de engranaje y juan carlos…cómo se construyeron las pirámides. Capaz que si vas a ese momento había un faraón que le decía al capataz: mira, ¿cuánto tardás en hacer una pirámide así? Bueno, tengo que hablar con los gremios, pero la verdad que creo que en un año y medio te la tenemos. Lo que pasa es que este conocimiento se perdió, entonces esa es la cosa. En aquella época había máquinas de estas de engranaje, se piensa; creo que lo mencionó Juan Carlos, porque esto es tan complejo que de repente no llega alguien de la noche a la mañana y lo construye, o sea, esto tiene que ser parte de toda una escuela, por lo menos, o quizás varias, pero que debía llevar ya tiempo. Debería haber gente produciendo este tipo de máquinas y luego ya con el declive un poco de la civilización helénica, pues este conocimiento se perdió y la Edad Media, por supuesto, no se sabía cómo hacer esto, ¿no? Pero bueno, con esto como en tantas cosas, en arquitectura, por ejemplo, hay muchas cosas que los romanos hacían y que luego en la Edad Media no se sabía ya cómo hacer. Siempre digo: me llama mucho la atención cuando vas a Roma; a mí una de las cosas que más…