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Juan Carlos GilSilvana TapiaLuisa AchaerandioGastón GiribetFrancis VillatoroHéctor SocasIgnacio Crespoeliminación contacto engranajesfluidos transmiten rotaciónvariar parámetros sistema hidráulicoengranaje invirtiendo giroacoplamiento de giro entre rotoresfluido mediando la rotaciónphysical review letters y smithnyu campus shanghai jung zhanginteracción partes mecánicas mediada por flujosedimentación y partículas arrastrando fluidomicroorganismos reorganizando el fluido cercanobacterias nadando modifican trayectorias vecinaspatrones colectivos sin comunicación directacilindros sumergidos en glicerina agualíquido viscoso como intermediariocelda circular transparente para fluidosmotor controla velocidad angular cilindro activovelocidad angular rotor activonúmero de reinos determinadorégimen intermedio viscosidad inerciajuan carlos gil experimentodistancia entre rotores y flujotamaño celda confinamiento experimentoparedes moldean flujo sistemadiagrama de fases completo sistema1300 combinaciones de parámetrosrotor pasivo relación transmisiónvisualización de remolinos fluidosPhysical Review LettersJesse Ethan SmithLeif RistroffJung ZhangUniversidad de Nueva YorkNYUJuan Carlos GilShanghainúmero de ReynoldsJuan CarlosTomás Vila
Fluido mediando la rotación
Con
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Juan Carlos Gil introduce un artículo científico publicado en Physical Review Letters sobre el acoplamiento de giro entre rotores mediado por un fluido.
…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 Universidad de Nueva York, el NYU, y el último, que sonaba a chino, pues efectivamente porque está en el campus de la NYU en Shanghai. La pregunta a la que estos autores querían dar respuesta es: ¿Cómo se transmite la rotación entre objetos a través de un fluido? Porque, a ver, en realidad el artículo no trata de engranajes. Eso ha sido rollo mi clipbait. Lo que hace es estudiar eso: la interacción entre partes mecánicas mediadas por un flujo. Cómo el movimiento de un objeto reorganiza un fluido a su alrededor y cómo ese fluido puede influir en otros objetos más lejanos que no están en contacto. Esto tiene aplicaciones, por ejemplo, en sedimentación; las partículas que caen en cualquier cosa, arena en el mar, pues no bajan solas, sino que cada una arrastra fluido y esa cola de interacción puede afectar a cómo se mueven otras partículas e incluso en microorganismos. ¿No? Las bacterias nadando, no la contasilvan a varias veces, pues con sus hilios o sus cositas reorganizan el fluido muy muy cercano a ellas y ese flujo puede modificar las trayectorias, el comportamiento de las vecinas; o sea que puede, eso puede hacer que surjan patrones colectivos sin comunicación directa. vamos, sin tocarse, ¿no? O sea, de tal forma que el fluido actúa como un intermediario. Pues es este tipo de cosas las que le interesaban. Y para atacar esta pregunta lo que hacen es reducir el problema, como solemos hacer en física, al caso más simple posible: dos cilindros verticales sumergidos en un líquido viscoso. Utilizan una mezcla de glicerina y agua dentro a su vez de una celda circular transparente que va a contener el fluido y los dos cilindros. Uno de estos cilindros es activo, es decir, gira con un motor a una velocidad angular perfectamente controlada y el otro es pasivo; se monta con un rozamiento lo más bajo posible de forma que pueda girar libremente si el fluido le arrastra. Y con este montaje pueden variar tres cosas de manera independiente. Primero, la velocidad angular del rotor activo que va a determinar, porque el fluido está determinado, va a determinar el número de reinos; van a trabajar siempre en un régimen intermedio donde hay competición entre viscosidad e inercia. Veremos por qué luego. La segunda cosa que pueden cambiar es la distancia entre ambos rotores y la tercera el tamaño de la celda del confinamiento. Cuánto de cerca están los rotores de las paredes, ¿por qué? Porque las paredes también van a moldear el flujo general del sistema. Así que lo que hacen es poner el rotor activo a girar y miden qué le pasa, cómo se mueve el rotor pasivo en relación al otro, lo que se llama relación de transmisión; y no creáis que hacen un experimento puntual o unos cuantos, no, no, lo que hacen es estudiar el diagrama de fases completo de este sistema. Hacen un mapa del problema con 1300 combinaciones de parámetros, o sea que se han tirado un rato en el laboratorio y analizan entonces con mucho detalle, mediante cámaras y demás, ponen burbujas, muy simpático, ponen 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…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil introduce un artículo científico publicado en Physical Review Letters sobre el acoplamiento de giro entre rotores mediado por un fluido.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1eliminación contacto engranajesfluidos transmiten rotaciónvariar parámetros sistema hidráulicoengranaje invirtiendo giroacoplamiento de giro entre rotoresfluido mediando la rotaciónphysical review letters y smithnyu campus shanghai jung zhanginteracción partes mecánicas mediada por flujosedimentación y partículas arrastrando fluidomicroorganismos reorganizando el fluido cercanobacterias nadando modifican trayectorias vecinaspatrones colectivos sin comunicación directacilindros sumergidos en glicerina agualíquido viscoso como intermediariocelda circular transparente para fluidosmotor controla velocidad angular cilindro activovelocidad angular rotor activonúmero de reinos determinadorégimen intermedio viscosidad inerciajuan carlos gil experimentodistancia entre rotores y flujotamaño celda confinamiento experimentoparedes moldean flujo sistemadiagrama de fases completo sistema1300 combinaciones de parámetrosrotor pasivo relación transmisiónvisualización de remolinos fluidos…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 Universidad de Nueva York, el NYU, y el último, que sonaba a chino, pues efectivamente porque está en el campus de la NYU en Shanghai. La pregunta a la que estos autores querían dar respuesta es: ¿Cómo se transmite la rotación entre objetos a través de un fluido? Porque, a ver, en realidad el artículo no trata de engranajes. Eso ha sido rollo mi clipbait. Lo que hace es estudiar eso: la interacción entre partes mecánicas mediadas por un flujo. Cómo el movimiento de un objeto reorganiza un fluido a su alrededor y cómo ese fluido puede influir en otros objetos más lejanos que no están en contacto. Esto tiene aplicaciones, por ejemplo, en sedimentación; las partículas que caen en cualquier cosa, arena en el mar, pues no bajan solas, sino que cada una arrastra fluido y esa cola de interacción puede afectar a cómo se mueven otras partículas e incluso en microorganismos. ¿No? Las bacterias nadando, no la contasilvan a varias veces, pues con sus hilios o sus cositas reorganizan el fluido muy muy cercano a ellas y ese flujo puede modificar las trayectorias, el comportamiento de las vecinas; o sea que puede, eso puede hacer que surjan patrones colectivos sin comunicación directa. vamos, sin tocarse, ¿no? O sea, de tal forma que el fluido actúa como un intermediario. Pues es este tipo de cosas las que le interesaban. Y para atacar esta pregunta lo que hacen es reducir el problema, como solemos hacer en física, al caso más simple posible: dos cilindros verticales sumergidos en un líquido viscoso. Utilizan una mezcla de glicerina y agua dentro a su vez de una celda circular transparente que va a contener el fluido y los dos cilindros. Uno de estos cilindros es activo, es decir, gira con un motor a una velocidad angular perfectamente controlada y el otro es pasivo; se monta con un rozamiento lo más bajo posible de forma que pueda girar libremente si el fluido le arrastra. Y con este montaje pueden variar tres cosas de manera independiente. Primero, la velocidad angular del rotor activo que va a determinar, porque el fluido está determinado, va a determinar el número de reinos; van a trabajar siempre en un régimen intermedio donde hay competición entre viscosidad e inercia. Veremos por qué luego. La segunda cosa que pueden cambiar es la distancia entre ambos rotores y la tercera el tamaño de la celda del confinamiento. Cuánto de cerca están los rotores de las paredes, ¿por qué? Porque las paredes también van a moldear el flujo general del sistema. Así que lo que hacen es poner el rotor activo a girar y miden qué le pasa, cómo se mueve el rotor pasivo en relación al otro, lo que se llama relación de transmisión; y no creáis que hacen un experimento puntual o unos cuantos, no, no, lo que hacen es estudiar el diagrama de fases completo de este sistema. Hacen un mapa del problema con 1300 combinaciones de parámetros, o sea que se han tirado un rato en el laboratorio y analizan entonces con mucho detalle, mediante cámaras y demás, ponen burbujas, muy simpático, ponen 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…
Juan Carlos Gil explica cómo los investigadores estudian el acoplamiento de giro entre rotores mediante la construcción de un modelo físico y su exploración.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11acoplamiento de giro entre rotoresrotor pasivo y contrarotacióncizalla del fluido en rotor activotorque y contribuciones opuestasmodelo físico juan carlos gilrotores separados y remolinos de fluidoengranaje líquido intermedio…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…
Juan Carlos Gil describe el comportamiento experimental del acoplamiento de giro entre rotores, explicando cómo el aumento de la velocidad de giro del rotor principal provoca un efecto similar a una centrifugadora.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4acoplamiento de giro entre rotoresrotor principal y centrifugadorafigura 4 analogía mecánicaengranaje líquido fantasma…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…
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 #3transmisión 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…
Juan Carlos introduce una pregunta sobre la relación entre sistemas de cilindros que transmiten momento angular y el comportamiento de las estrellas en los halos de galaxias en rotación, sorprendiendo a Tomás Vila con la consulta.
Habla: Héctor SocasPalabras #8sistema cilindros momento angularestrellas halos galaxias rotaciónéter como fluido intermedioondas gravitatorias apoyo…negro rota. Hay una argofera alrededor, la línea de campo se tuercen y todo eso; hay un plasma conductor, hay todo un mecanismo bastante complejo que usa el giro del agujero negro pero también toda la dinámica del plasma alrededor para generar estos jets. Hablando de cosas que giran y transmiten momento angular, Juan Carlos pregunta a Tomás Vila si este sistema de cilindros que se transfiere en el momento rotacional sin engranaje, ¿qué podían decirnos sobre el comportamiento de las estrellas en los halos de las galaxias en rotación? Toma esa, ¿no te la esperabas? Pues pocos, pocos se llodean los en galaxias, pero vamos, nos falta el fluido intermedio, a no ser que recuperemos el éter, o nos podamos apoyar de alguna forma en ondas gravitatorias, en fin, poco, digo yo que no tiene nada que ver. Vale. Hay bastante sobre inteligencia artificial; bueno, antes que nada también preguntaba. Lanzaba también Tomás otra para Gastón: ¿Qué pasaría si una horda enardecida de poetas, vitalistas y filósofos postmodernos que más el libro sobre agujeros negros que ha…