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Gráfico científico de la semana: Aerodinámica del ala de colibrí

julio 2, 2021


Este articulo tiene ha sido corregido.

Cuando flotan, los colibríes mueven sus alas más como un insecto zumbante que como un pájaro que aletea. Pero, a diferencia de los insectos diminutos, los colibríes son lo suficientemente grandes como para agitar el aire con más violencia a medida que se mueven. Ahora, los científicos han intentado modelar exactamente cómo las alas de los colibríes interactúan con el aire mientras vuelan.

Para construir el modelo, los científicos primero pusieron pequeñas gotas de pintura blanca no tóxica en nueve lugares del ala de un colibrí garganta de rubí. Luego tomaron videos de alta velocidad a 1,000 cuadros por segundo con cuatro cámaras mientras el pájaro flotaba frente a una flor artificial. Estos puntos eran puntos de referencia para rastrear puntos clave en el ala del ave.

«Extrajimos y reconstruimos la superficie del ala usando las posiciones de esos puntos», dijo Haoxiang Luo, ingeniero mecánico de la Universidad de Vanderbilt en Nashville y coautor de un estudio publicado el 8 de julio en Interfaz de la Royal Society. Luego, Luo y sus colegas pusieron esta ala reconstruida en un software que modela la dinámica de fluidos y la personalizaron para poder calcular la complicada turbulencia que crea un colibrí con su ritmo frenético, unas 40 veces por segundo, de aleteo.

Sane, S./Journal of Experimental Biologists

Los colibríes no vuelan como otras aves. La mayoría de las alas funcionan de acuerdo con el principio de Bernoulli: el aire más rápido que corre sobre la parte superior redondeada intenta alcanzar el aire más lento en la parte inferior plana, creando una presión baja en la parte superior que tira del ala hacia arriba. (panel A, en el gráfico de la izquierda).

Los colibríes interactúan con el aire de una manera más compleja. Sus alas son relativamente delgadas y no pueden aprovechar el principio de Bernoulli por sí mismas. Pero, a medida que sus alas se mueven hacia atrás y hacia adelante para flotar, se forman vórtices de aire y se adhieren al borde de ataque del ala. El ala y los vórtices juntos actúan esencialmente como un ala de barrido que crea un sistema de elevación de baja presión como las alas de otras aves (panel B en el gráfico).

Con el modelo, los científicos confirmaron estimaciones previas de que alrededor del 75 por ciento de la elevación del colibrí se genera cuando las alas se mueven hacia adelante y el resto proviene del movimiento hacia atrás. El modelo también mostró que otros vórtices se derraman desde la punta del ala y su borde de fuga. Los científicos no están seguros exactamente de cómo estos vórtices afectan el vuelo de las aves.

Conseguir una computadora para recrear el flap del ala y los patrones de aire resultantes es impresionante, pero aún queda mucho trabajo por hacer. «Ahora sabemos cómo varía la fuerza a lo largo de la carrera, pero nadie sabe exactamente cómo estas fuerzas están asociadas con el patrón de flujo tridimensional», dijo Luo. El nuevo modelo les ayudará a trabajar para comprender completamente cómo se desplazan los colibríes.

Esto muestra cómo el aire se acumula y se derrama sobre el ala de un colibrí garganta de rubí. LEV significa vórtice del borde de ataque, el aire que se acumula a lo largo de la parte delantera del ala. Los vórtices de la punta (TV) salen de la punta del ala y los vórtices del borde de salida (TEV) se derraman por la parte posterior.

Song, J. et al /Interfaz de la Royal Society



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