Finalmente tenemos la respuesta, ¿la capa de Superman le ralentiza?

Se ha realizado un nuevo estudio que pondrá fin a los debates en el patio de recreo y a los acalorados argumentos de las tiendas de cómics de todo el mundo. Responde a la pregunta, ¿la capa de Superman le retrasa?

El estudio, publicado en Reddit, se llevó a cabo como proyecto final de un estudiante en una clase de aerodinámica de baja velocidad.

Una figura de Iron Man – no de Superman – fue colocada dentro del túnel de viento de baja velocidad de la universidad para tomar las lecturas.

Redditor Th3Fa113nCru5ad3r resumió los hallazgos del estudio el 9 de septiembre en un post titulado: «Uno de mis más grandes Mythbusts (Si volaste como Superman, ¿realmente la capa te ralentiza en vuelo?»)»

El estudiante describió cómo todos sus colegas «decidieron hacer estudios sobre los F-117, F-16 y otras aeronaves para replicar los estudios previos realizados».

Mientras tanto, decidió estudiar la aerodinámica de una entidad mucho más poderosa, Superman.

El estudiante dijo que la inspiración vino de la escena de la película de Pixar «Los Increíbles» donde el personaje de Edna Mode dice «¡sin capas!».

El estudio se basaba en el hecho de que «la sociedad está bastante convencida de que las capas no ofrecen ventajas en vuelo, pero no había datos».

¿Cómo se llevó a cabo el estudio?

Para el experimento, el estudiante quería medir las fuerzas que actúan sobre un «Superman» que viaja a velocidades de vuelo de Mach 0,2 – 0,7, utilizando números de Reynolds – un valor que puede ser «utilizado para modelos a escala a sus contrapartes a escala real en vuelo». El estudiante dijo que es similar a la de un avión de combate.

El estudiante razonó que esto estaría cerca de la velocidad a la que Superman volaría, asumiendo que no está rompiendo la barrera del sonido.

La figura de Iron Man, dijo, también es lo suficientemente aerodinámica como para ser usada en lugar de una figura de Superman.

Se colocó un medidor de tensión en un trozo de tubo de PVC y el tubo se pegó en la ingle de Iron Man. De esta manera, dice el estudiante que podrían colocar a Iron Man en una posición de vuelo, listo para ser probado en el túnel de viento con y sin capa.

«Magia de ingeniería matemática»

Después de realizar el experimento, el estudiante describió cómo las fuerzas de arrastre causadas por el flujo de aire que pasaba a través de la figura desviaban el tubo de PVC, causando que el manómetro fuera «forzado».

«Usando un poco de magia ingeniería matemática», el estudiante fue capaz de traducir la lectura de voltaje del medidor de tensión a la fuerza de resistencia total experimentada.

El experimento del estudiante usó la segunda ley de movimiento de Newton como referencia: F=ma (F=d/dt(mv)). Esta ley establece que la suma de las fuerzas ejercidas sobre un objeto es igual a su masa por la aceleración.

Esta ley puede utilizarse para medir la relación entre la fuerza de arrastre (de una capa) y la velocidad de vuelo de un objeto (Superman).

El control para el experimento vio al estudiante probar la figura sin una capa.

Las variables fueron capas a escala de diferentes materiales y tamaños.

El estudiante usó tela de muselina, un material ligero que se usa típicamente para probar patrones de ropa y tela de nylon, que es un material más pesado usado en diseños de vestuario para capas y trajes de superhéroes.

Cada uno de los materiales fue probado en tres tamaños diferentes: pequeño, mediano y grande (el último de aproximadamente 35,5 cm de largo).

¿Los resultados?

Después de un día de pruebas en el túnel de viento, el estudiante obtuvo los siguientes resultados.

Fuerza de Arrastre total media a diferentes velocidades de vuelo y altitudes
Variación de la fuerza de arrastre total a diferentes velocidades de vuelo y altitudes
Total drag forces over a small time sample

El estudiante describió los resultados en las siguientes palabras:

«Al principio, pensé que algo andaba mal en mi configuración de prueba, sin embargo, después de consultar con mi profesor y otros profesores universitarios, para mi propia sorpresa, cuanto más pesada y grande es la capa, menos fuerza de arrastre se experimenta. Básicamente, ¡vuelas más rápido con una capa!»

Entonces, ¿por qué es esto? Esto suena completamente contrario a la intuición. Con un poco de aerodinámica, podemos justificar fácilmente estos resultados….

Cuando estás en vuelo, hay dos fuerzas principales en juego que impulsan el movimiento de un avión: Empuje y resistencia (El levantamiento y el peso también son factores que contribuyen, pero para este estudio, no es importante considerarlos).

Si asumimos que nuestro empuje es constante, sólo la resistencia afectará a la velocidad a la que viajará nuestra figura. Hay varios tipos diferentes de fuerzas de resistencia que se resumen para darnos la fuerza de resistencia total. Los dos tipos más dominantes de fuerzas de resistencia son la resistencia de fricción de la piel y la resistencia del perfil.

El aire se considera un fluido, en el sentido de que puede desplazarse indefinidamente con las fuerzas de cizallamiento (imagínese el flujo de agua). Además, el aire está compuesto de contenido (aproximadamente 20% de oxígeno, 70% de nitrógeno y 10% de otras sustancias). Si volamos a través del aire, el aire «rozaría» nuestros cuerpos e impartiría fricción (como los neumáticos de los coches que tienen fricción en el suelo). Cuanta más superficie (y rugosidad de la superficie) tengamos que sea paralela al flujo de aire, mayor será la resistencia a la fricción que experimentaremos. Con capas, nuestra superficie aumentaría, y por lo tanto nuestra fricción aumentaría. Esta es una observación bastante trivial que gobernó mucha intuición que llevó a la hipótesis inicial.

Ahora la otra fuerza de arrastre dominante es la de arrastre de perfil. La resistencia del perfil es la resistencia que se experimenta debido a lo «romo» que es un objeto con respecto al flujo de aire. Imagínate que estás conduciendo por una carretera en tu coche: abres la ventana y sacas la mano. Si sostuviera la mano de tal manera que los bordes de la mano queden planos (paralelos al suelo), sentiría como si estuviera empujando hacia atrás el flujo de aire. Ahora bien, si giras la mano de modo que la palma de la mano esté de frente a la corriente de aire entrante, de repente ese empuje hacia atrás sería mucho más significativo. Esto es intuitivamente lo que es el arrastre de perfiles.

Una advertencia fue que «cuanto más grande y pesada sea la capa, más se va a agitar, creando inestabilidad». Sin embargo, «el promedio de esas fluctuaciones aún considera fuerzas de arrastre más bajas que sin una capa».

El estudiante concluyó:

«La capa actúa como una superficie aerodinámica que ayuda a retrasar la separación del flujo de aire hacia la corriente de la figura, resultando en un área de separación más pequeña y por lo tanto en una menor resistencia de perfil. Cuanto más larga sea la capa, mayor será la separación».

Se pueden encontrar muchos más detalles sobre las diferentes fuerzas de arrastre en acción durante el experimento – arrastre de fricción de la piel y arrastre del perfil – en el post original de Reddit.

El estudiante dijo que el proyecto final fue ganador. A continuación, publicará la investigación.

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Acerca de Miss Lane

Diseñé miles de inventos revolucionarios que me habrían convertido en la mujer más rica del mundo… pero los guardé en Megaupload. Ahora dirijo esto a tiempo completo.

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