Los tiburones mako se han llamado los "guepardos del océano", capaces de nadar a velocidades estimadas de 70 u 80 millas por hora. Para investigar cómo los animales logran esta impresionante hazaña, la ingeniera aeronáutica Amy Lang de la Universidad de Alabamay colegas probaron muestras reales de piel de tiburón mako, tomadas de la región del flanco del animal, en experimentos con túneles de agua.
El trabajo se describirá esta semana en la Reunión de marzo de la American Physical Society de 2019 en Boston.
Lang y sus colegas estaban específicamente interesados en el efecto de escamas flexibles de aproximadamente 0.2 milímetros de tamaño ubicadas en lugares particulares del cuerpo del tiburón, como en el flanco y las aletas. Las escamas pueden flexionarse en ángulos superiores a 40 gradosdesde el cuerpo, pero solo en la dirección del flujo inverso. En otras palabras, si pasaras la mano sobre el tiburón desde la nariz hasta la cola, la piel se sentiría suave; en la otra dirección, se sentiría áspera como el papel de lijaLa resistencia a su mano también es una resistencia al flujo de agua. "Impide que el flujo se revierta cerca de la piel, lo que de otro modo conduciría a lo que llamamos separación de flujo", dijo Lang.
La separación del flujo es la fuente de arrastre más influyente en un avión, llamada arrastre de presión. "Este es el arrastre que experimenta si saca la mano de la ventana de su automóvil verticalmente al flujo de aire", dijo Lang, un ingeniero enfocado endinámica de fluidos experimental.
En el frente de su mano, hay una presión alta que empuja hacia atrás. Y en el dorso de su mano, hay presión baja que empuja hacia adelante. Sumar las fuerzas de presión juntas produce una fuerza neta de arrastre. Lo mismo ocurre siempre queel flujo se separa, incluso en un cuerpo liso como un tiburón, o una pelota de golf, dijo.
"Los hoyuelos en una pelota de golf son un ejemplo de control de separación que reduce el arrastre de presión manteniendo el flujo unido alrededor de la pelota y reduciendo el tamaño de la estela. Puede golpear una pelota de golf con hoyuelos 30 por ciento más lejos que si fuera la misma pelotafueron suaves ", dijo Lang.
Utilizando una técnica llamada velocimetría de imagen digital de partículas para producir mediciones detalladas de la velocidad del flujo de agua sobre y alrededor de la piel, Lang y su equipo descubrieron que la separación del flujo estaba siendo controlada por una capacidad de "cerdas pasivas" de la geometría de superficie microscópica delas escamas del tiburón
"Establecimos un experimento en el túnel con una cantidad medida de separación de flujo inducida en una superficie lisa. Luego reemplazamos la superficie lisa con piel de tiburón y volvimos a cuantificar la separación de flujo", explicó Lang. "En todos los casos con el flancopiel, vimos que el tamaño de la región de flujo separada se redujo significativamente por la presencia de la piel ".
El trabajo, que fue financiado en parte por Boeing y el Ejército de EE. UU., Podría conducir a nuevos diseños para reducir la resistencia de los aviones y helicópteros, aumentando su agilidad ". El potencial de una superficie artificial para utilizar este mecanismo completamente pasivo inclusoen el aire es muy emocionante ", dijo Lang.
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Materiales proporcionados por Sociedad Estadounidense de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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