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Física extraña (8): Soplar para que se mueva tu barco




Seguimos soplando. Hemos visto cómo soplar una vez veces para enfriar, otras para calentar. También hemos visto cómo se mueve un barco a vela, incluso cómo puede navegar más rápido que el viento. ¿Podemos juntarlas todas?

Cuando éramos pequeños siempre nos parecía que si un barco se quedaba sin viento, los tripulantes eran tontos, porque podían soplar y así conseguir viento… en fin, ilusos de nosotros… ¿no? Luego llegábamos al colegio, nos enseñaban las tres leyes de Newton, y entre ellas el principio de acción-reacción: “Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto“.

Y entonces descubríamos que si soplamos sobre la vela, existe una fuerza de reacción que nos impulsa a nosotros (y con nosotros al barco) hacia atrás. Luego el soplido llega a la vela y la empuja, y con ella al barco… la gracia es que la fuerza ejercida por el soplido sobre la vela es igual a la fuerza de reacción que nos impulsa a nosotros hacia atrás. Ambas se anulan una a otra, y el efecto neto es nulo: el barco no se mueve.

Hasta aquí lo que aprendimos en el colegio. Aunque nuestros doctos lectores esto lo tienen claro, a muchos otros esto ya les sonará a “física extraña”… pero no es ese el objetivo de este artículo, eso ya lo damos por superado.

Así que, ¿es posible mover el barco soplando sobre la vela?

¿Apuestas?

Pues sí, es posible.

¡Un momento! ¡En esta serie se respetan las leyes de la mecánica!

¿Cómo es posible?

El primero de los efectos posibles (que, ya adelanto, es el que no nos interesa) es que haya alguna “ineficiencia” en todo el proceso:  que no todo el viento que soplemos llegue a la vela, o la vela deje escapar un poco de ese viento por los lados, o alguna cosa así. En este caso, la fuerza que el soplido imprime a la vela es menor que la fuerza de reacción debida al soplido, y el efecto neto es que el barco ¡se mueve hacia atrás!

(A lo largo de todo el artículo usaremos las líneas quebradas para representar los soplidos, las flechas sólidas para representar las fuerzas y la flecha punteada para representar el movimiento)

Pero vaya, esto no es lo que estábamos esperando. Quiero decir que nosotros lo que queremos es soplar para movernos hacia adelante, no hacia atrás.

¿Es posible? Sorprendentemente, sí.

Al parecer, el soplido puede “rebotar” en la vela, y salir de vuelta hacia atrás… ¿Y qué ocurre cuando tenemos un viento que sale hacia atrás? Lo que ocurre es que, de un modo u otro, hemos producido una fuerza de reacción hacia adelante.

¿Ves? Las dos fuerza “principales”, la de reacción de tu soplido y la de de empuje en la vela se anulan mutuamente. Pero si el viento sale rebotado hacia atrás, sea por el motivo que sea, se ha producido una pequeña fuerza adicional de reacción hacia adelante, que es la que produce el movimiento.

Ni que decir tiene que para que llegue a notarse esto, es necesario dar un soplido muy, muy grande, mucho más de lo que darán nuestros pulmones. ¿Se puede verificar experimentalmente? En este punto, tenemos que fiarnos de un vídeo de los “cazadores de mitos” (que es el que me ha inspirado para escribir este artículo). La parte interesante está a partir de 2:40 más o menos:

Podemos verlo de otra forma: en vez de soplar directamente hacia adelante, soplemos en un tubito de goma de esos flexibles de silicona. Luego retorcemos el tubito para que, en vez de salir el aire hacia adelante, salga hacia atrás… ¿hacia donde sale el viento ahora?[1]  ¿Hacia donde es la fuerza de reacción del soplido?[2] Bien, pues eso es lo que hace la vela. Así que no es tan sencillo como que el soplido “rebote” en la vela, sino que la vela lo recoge y le va cambiado la dirección hasta que al final lo dirige hacia atrás.[3]

Claro que la eficiencia de este mecanismo es patética. Entre eso, y que nuestro soplido apenas tiene fuerza, es mucho mejor simplemente soplar hacia atrás y listo. Al fin y al cabo, eso es lo que llevan años haciendo las hélices de los aviones: impulsar el aire hacia atrás.

  1. Hacia atrás. []
  2. Hacia delante. []
  3. Fíjate en que no es necesario que lo envíe completamente hacia atrás. Con que la dirección tenga una pequeña componente “hacia atrás”, aunque sea mayormente hacia los lados, es suficiente. []

Sobre el autor:

J ( )

 

{ 11 } Comentarios

  1. Gravatar Juan Carlos Giler | 15/08/2011 at 03:44 | Permalink

    Pregunta tonta:

    “Y si (suponiendo tengo el soplido de Superman) salto al soplar?? Me caigo por la popa?? Pero entonces supongo el barco si avanza??”

    Saludos

  2. Gravatar Gencianal | 15/08/2011 at 07:07 | Permalink

    Me ha costado leer el artículo, pero no por que sea incomprensible, sino por esos miedos del subconsciente. En mi primer examen universitario, de Física, me quedé completamente en blanco por una cosa de estas. Tras estudiarme la mecánica y toda la teoría, encontrarme con preguntas tipo “Tenemos al coyote persiguiendo al correcaminos en un monopatín a vela. ¿Lo pillará?” me rompió los esquemas y me hundió. Ojalá hubiese podido leer antes de dicho trago esta explicación tan clara…

    Si, ahora miras atrás y parece fácil… pero el yuyu que me llevé en el momento no se olvida…

    Por cierto, aunque no viene muy al caso te lo pongo aquí porque en el otro lado a lo mejor no lo ves. Enhorabuena por tus artículos sobre la declaración de la renta, nómina, etcetc (que no había visto antes). Muy ilustrativos y de gran ayuda, gracias.

  3. Gravatar Elias | 16/08/2011 at 10:06 | Permalink

    @Gencianal , Me has dejado con la duda ¿ pilla el coyote al correcaminos ? XD

  4. Gravatar Txuko | 17/08/2011 at 06:23 | Permalink

    Para Juan Carlos Giler:

    Si saltas y luego soplas estás desacoplándote físicamente del barco de modo que el efecto del soplido (la acción) es hacia delante sobre el barco y la reacción es sobre ti. Esto desplazará el barco hacia delante y a ti hacia atrás una distancia independiente de la velocidad que previamente llevara el barco ya que cuando saltaste tú también ibas a esa velocidad.

    Así que mejor no soples muy fuerte para caer dentro del barco y antes de volver a soplar vete corriendo hacia la vela. De todos modos sigue siendo más sencillo y menos cansado soplar hacia atrás (y además puedes frenar al que te persiga).

  5. Gravatar Gencianal | 17/08/2011 at 06:34 | Permalink

    Muy buena explicación, Txuko, me ha hecho gracia sobre todo el final, lo de soplar hacia atrás para frenar al que te persiga.

    Elías, la respuesta, como puedes imaginar es que el bueno del coyote se queda “clavado” en el sitio mientras el correcaminos toma las de Villadiego.

    Ahora que lo pienso se me ocurre una pregunta tonta (a lo mejor quedo como un tonto por plantearla, pero bueno, es mejor quedar 5 minutos con la duda que no toda la vida) tanto para el ejemplo barco como monopatín a vela. ¿Y qué pasa cuando el sistema está ya en movimiento por la acción de fuerzas previas? Al haber fuerzas de rozamiento danzando por ahí haciendo ¿soplar no serviría absolutamente de nada … o por misterios de la física permitiría o bien avanzar un poco más que si no soplamos o bien mantener algo la velocidad? Ya perdí todo mi crédito, jeje. Vamos, me inclino porque no sirve de nada pero no sé, no ando convencido al 100%.

  6. Gravatar Sergio B | 17/08/2011 at 08:39 | Permalink

    Quiza decir que el aire “rebota”, sea forzar un poco. Considerar el sistema barco pirata por separado tambien me parece complicado. Considerando el problema global, considerando el barco y el pirata como un conjunto, ¿hacia donde sale el aire? En una vela que abarque todo considerando que se mantiene recta el aire deslizaria en la vela y saldria por los lados y hacia arriba, asi que habrian dos fuerzas en los lados y una hundiendo el barco (el aire de abajo se repartiria en cubierta empujando adelante y atras) Cuando la vela se “hincha” adquiere curvatura asi que el aire que desliza sale con cierto angulo hacia atras dando movimiento.

    Por separado al soplar se produce un aumento de presion en la cara interna de la vela que es lo que provoca la compensacion de tu soplido y que a la vez provoca que la vela “sople” hacia los lados y atras si se curva. En el video no recuerdo bien cuanto lo probaban, pero probablemente con una vela rigida seria imposible mover el barco soplando. Decir que el aire rebota, me parece bastante heavy ;) .

    Al final con la explicacion que pones me queda la duda de que estas haciendo el trabajo de soplar y ¿donde se va ese trabajo? ¡en esta casa se respetan las reglas de la termodinamica!, y no veo claro que todo se convierta en calor.

    @Gencial, si el barco esta ya en movimiento, el efeto seguiria siendo igual, probablemente no harias ir el barco mas rapido, pero podrias evitar que se parase, pero vamos si estas quieto al final pues llegarias a ese punto, si soplas suficiente. De todas formas si te planteas profundamente que haria el aire por estar moviendose el barco, pues seria bastante mas complejo y dependeria de a que velocidad se estuviese moviendo, pero vamos, a lo que puede ir un barco seria irrelevante.

    Por cierto, no te castigues por lo del coyote, no es algo tan obvio hasta que se ve, al final el coyote esta matandose ahi a soplar y que no pase nada no es tan normal y vamos, como se ha dicho aqui, el coyote si que se moveria algo.

    @Txuko si saltas y luego caes al barco, al final transmitiras la fuerza de nuevo al barco, asi que le ayudarias igual, a no ser que saltases del barco, aunque si saltas en la direccion contraria directamente quiza ayudes mas que soplando. Si corres hacia adelante pasa lo mismo, a no ser que corras hasta saltar fuera del barco, al final tendras que parar y transmitiras tu movimiento al barco.

  7. Gravatar J | 17/08/2011 at 10:00 | Permalink

    Txuko: para correr hacia la vela (para recuperar la distancia perdida en el salto) tienes que empujar hacia atrás con el pie. Haz el experimento. Levántate e intenta dar un paso… ¿ves cómo empujas al suelo hacia atrás para avanzar tú hacia adelante? Ala, ya has descubierto el principio de acción-reacción.

    Por lo tanto, al soplar mientras saltas, tú te vas para atrás y el barco para adelante… pero al correr para volver a acercarte a la vela, pierdes todo lo ganado (eso en el caso perfecto e ideal; a poco que haya alguna ineficiencia, perderás más de lo ganado).

  8. Gravatar Eagle | 18/08/2011 at 12:06 | Permalink

    Qué bueno el ejemplo de la vela. He visto el vídeo que pones de los Cazadores de Mitos y queda claramente explicado. En la segunda parte del vídeo lo hacen a escala real y, de 20 Mph que iba la barca “soplando hacia atrás” se queda en 3 Mph con el sistema de la vela…

  9. Gravatar Argus | 19/08/2011 at 11:18 | Permalink

    Y si soplamos en perpendicular a la dirección de avance? Pondríamos la vela, digamos a 45 grados, la acción-reacción del soplido sobre nosotros es perpendicular al movimiento y ni se nota porque la absorbería la quilla, y el poco aire que llegue a la vela y cambie su dirección 90 grados hará avanzar al barco hacia adelante. Además, digo yo, tendría más eficiencia que el aire que llega en perpendicular si sopláramos desde atrás. Vamos, creo que con más eficiencia, porque soplando una vela a 45 grados, la mayor parte del aire sale por donde nos interesa, mientras que soplando desde atrás el aire se esparce en todas direcciones y sólo una mínima parte rebotaría realmente hacia atrás.

    Y si esto funcionara, reduciendo suficientemente las pérdidas, incluso cambiando el barco por un trineo a vela en una estepa helada, podríamos avanzar más rápido que el viento como hemos visto en algún artículo anterior. En ese momento podríamos prescindir de nuestro soplido y reconducir por medio de un tubo el aire que notamos gracias a nuestra velocidad, que generaría a su vez una velocidad superior a dicho aire.

    Ya sé que las leyes de la termodinámica se deben respetar incluso en los comentarios, pero ¿en qué parte falla el razonamiento?

  10. Gravatar Sergio B | 19/08/2011 at 07:57 | Permalink

    @Argus. Pues aunque recalco que no me gusta lo de “rebotar”, asumamos que rebota. En tu razonamiento, segun me ha parecido entender, tu soplas perpendicularmente y la vela esta a 45 tu razonamiento es corecto y seria mas eficiente, seguiria sin ser tan eficiente como soplar hacia atras, pero el problema es que el viento esta quieto, el que no esta soplando, asi que al moverte, ese viento te vendria de cara, asi que te estaria frenando. El barco iria hacia adelante, no de lado, que para algo esta le quilla, asi que el sistema no se realimentaria.

    Si pretendes coger ese aire que viene de frente y convertirlo en perpendicular a la vela tienes que pensar que en nuestro tubo para hacerlo tambien se generarian fuerzas, una fuerza neta hacia atras que frenaria mas el barco de lo que lo aceleraria trabajando soplando la vela, asi se respetan las leyes de la termodinamica ;)

  11. Gravatar Argus | 21/08/2011 at 10:01 | Permalink

    Ya me imaginaba que iban por ahí los tiros :-) La verdad es que soplar para mover un barco es como agitar los brazos cayendo al vacío: Un despropósito flagrante.

    Me alegro, sobre todo, de que en esta serie se respeten las leyes de la termodinámica… incluídos los comentarios!!

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