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Juan Carlos GilSilvana TapiaLuisa AchaerandioGastón GiribetFrancis VillatoroHéctor SocasIgnacio Crespoacoplamiento de giro entre rotoresdiagrama de fases completo sistema1300 combinaciones de parámetrosrotor pasivo relación transmisiónvisualización de remolinos fluidosrotor pasivo contra motor activophysical 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 fluidointerferencia entre estelas parques eólicosturbina eólica canal baja presiónmodelado inestabilidades turbinas eólicastransmisión rotación sin contacto físicomodelo chulo de transmisión rotaciónacoplamiento entre engranaje y correaflujo intermedio alterando estructura globalJuan Carlos GilPhysical Review LettersFigura 4SchwarzschildKerrGastón GiribetGeometría de KerrJesse Ethan SmithLeif RistroffJung ZhangUniversidad de Nueva YorkNYUFigura 2
Geometría afecta al acoplamiento de giro
Ep549: Agujeros Negros; IAlucinaciones; Engranajes; Materia Oscura; Doom Neuronal
12 de marzo de 20265 momentos
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Juan Carlos Gil explica cómo la geometría afecta al acoplamiento de giro entre rotores, detallando que acercar mucho los rotores disminuye la eficacia del efecto tipo engranaje debido a la falta de espacio para formar remolinos.
…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 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 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…
Significado #1
Juan Carlos Gil explica cómo mantener el sentido de rotación requiere el uso de una correa o cadena, similar al sistema de las bicicletas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11engranajes 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 debilidad…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…
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 #14 · Palabras #8acoplamiento de giro entre rotoresfluido mediando la rotaciónphysical review letters y smithnyu campus shanghai jung zhang…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…
Juan Carlos Gil explica cómo la geometría afecta al acoplamiento de giro entre rotores, detallando que acercar mucho los rotores disminuye la eficacia del efecto tipo engranaje debido a la falta de espacio para formar remolinos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1acoplamiento de giro entre rotoresdiagrama de fases completo sistema1300 combinaciones de parámetrosrotor pasivo relación transmisiónvisualización de remolinos fluidosrotor pasivo contra motor activophysical 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 fluidointerferencia entre estelas parques eólicosturbina eólica canal baja presiónmodelado inestabilidades turbinas eólicastransmisión rotación sin contacto físicomodelo chulo de transmisión rotaciónacoplamiento entre engranaje y correaflujo intermedio alterando estructura global…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 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 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 Gil describe el funcionamiento de un agitador magnético de laboratorio, comparándolo con el tema anterior sobre acoplamiento de giro entre rotores y mencionando su forma peculiar.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #4agitador magnético de laboratorioacoplamiento de giro entre rotoresforma supositorio hidrodinámicaplaquita ferromagnética en la mosca…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 una plaquita, pues entiendo, de hierro, para que sea ferromagnética, y se acopla, 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…
Gastón Giribet explica cómo los agujeros negros que expulsan materia, como jets, se describen con la geometría espaciotemporal de Kerr, mientras que los agujeros negros sin impulso de giro siguen la geometría de Schwarzschild.
Habla: Gastón GiribetPalabras #3geometría kerr y horizonte del agujerofórmula schwarzschild para agujeros negrosimpulso de giro afecta radio agujeroagujeros negros schwarzschild sin impulso…alrededor, básicamente que haya plasma dando vueltas y campo magnético, sino que el agujero negro en sí mismo rote. Y rote bastante rápido, entonces ya no es un agujero negro descripto por la geometría de Schwarzschild, sino un agujero negro descripto por la Geometría de Kerr, y la fórmula que dice cuál es el radio de un agujero negro, cuando el agujero negro no rota es la fórmula de Schwarzschild, que menciona quien hace la pregunta; pero cuando el agujero negro rota, el agujero negro tiene un horizonte un poco más pequeño, porque depende de la masa del agujero negro, pero también de su impulso de giro. Entonces el radio de un agujero negro que rote es más pequeño que el radio de un agujero negro con la misma masa que no rote; entonces la fórmula en ese caso, siempre que haya un Agujero negro que ejecta materia, que ejecta un jet, es un agujero negro que tiene la geometría espaciotemporal de Kerr. La de Schwarzschild es un caso particular, que es cuando no hay impulso de giro. Ahora, si las fórmulas de Schwarzschild y de Kerr siguen siendo varias, son las fórmulas de la relatividad general que describen exactamente todo lo que hemos visto de agujeros negros. Lo que pasa es que típicamente los agujeros negros que vemos por ahí rotan, tienen rotación. Pero sí, todo eso sí es válido. La teoría general de la relatividad es una teoría muy bien comprobada experimentalmente. Tenemos mucha evidencia de que es correcta. ¿Y los chorros afectan al rayo del horizonte? No, no, porque el chorro, el chorro no, a ver,…