Formacion de una cavidad tipo tobera de ‘de Laval’ al arrojar una piedra a un estanque.
Cuando arrojamos una piedra se hunde en el agua, una lámina cilíndrica de agua llamada el “splash crown” (corona de splash) es proyectada en el aire. A medida que la piedra comienza a hundirse, ésta arrastra consigo una cavidad cilíndrica de aire, a modo de estela. El agua rodea esta columna de aire, presionando radialmente sobre ella. Esta presion da lugar a un cuello, y la frontera de la cavidad presenta la forma de un reloj de arena. Instantes despues, esta cavidad colapsa y el flujo ascendente de aire genera el espectacular final que todos conocemos: un chorro de agua que se dispara alto por encima de la superficie del estanque.
Detlef Lohse y sus colegas de la Universidad de Twente y la Universidad de Valencia han demostrado que esta carrera final de aire se mueve más rápido que la velocidad del sonido.
Segun les prometi en la ultima clase practica, les dejo aqui el link para que disfruten de la lectura del comentario al articulo en PhysicsWorld.
En este post quiero dejarles un video asociado a lo que veremos hoy en clase practica acerca de las ondas de choque.
En determinados casos, la formacion de ondas de choque introduce limitaciones practicas a mecanismos o sistemas que usamos diariamente. Por ejemplo, la velocidad de avance de un helicoptero esta limitada (en la practica) porque la punta de la helice no puede exceder la velocidad del sonido en el aire. Si lo hiciese, una onda de choque se formaria y generaria una vibracion muy intensa de las helices (del rotor todo).
En forma similar, los trenes de alta velocidad que ingresan a tuneles generan ondas de choque que pueden causar daño a las estructuras del tunel. En este caso, la onda de choque se genera por el tren, que actua como un piston unidimensional (no es un piston perfecto porque no cubre toda la seccion; podemos pensar en una especie de piston ‘con perdidas’) que se mueve por el area del tunel, que hace las veces de tubo. Esto hace que, al ingresar a tuneles, los trenes disminuyan su velocidad significativamente respecto de lo que la actual tecnologia permite.
El video que les dejo aqui debajo muestra un ejemplo de este comportamiento. Lo que vemos es el extremo de salida del tunel Euerwang (aqui el link a la pagina wikipedia en aleman, pueden traducirla en su navegador!), que es el tunel con vias ferreas mas largo en la ruta de alta velocidad que une Nüremberg con Ingolstadt, en Alemania. El largo total del tunel, que puede verse en el cartel al inicio del video, es de 7.7 km. Este recorrido es cubierto por un tren rapido, el “InterCity Express”, o ICE. Al entrar el tren por el otro extremo del tunel, escuchamos a la salida lo que se conoce como ‘tunnel boom’ (o tunnelknall en aleman). Este tunnel boom ocurre porque cuando el tren entra al tunel, crea una onda de choque con un intenso gradiente de presion, que viaja a traves del tunel y llega al otro extremo del mismo antes que el propio tren. Cuando la onda de choque alcanza la salida del tunel, genera un ruido muy intenso (el boom) que se propaga en todas direcciones desde la boca del tunel.
En el video, el ‘tunnel boom’ se escucha muy claro a los 17 segundos (aproximadamente). Suban el volumen para oirlo!
Pregunta: si asumimos que la onda de choque se forma instantaneamente cuando el tren entra en el tunel (por el otro extremo, claro), pueden determinar en base al video la velocidad del tren? (suponiendo que es constante a lo largo del tunel, lo cual es una muy buena aproximacion).
Hoy en clases practicas visitaremos flujos compresibles y ondas de choque. A menudo el ejemplo mas usado (y abusado) de la formacion de ondas de choque es el caso de aviones supersonicos. Para compensar este hecho, les dejo en este post un video que muestra la generacion y evolucion de una onda de choque en un trombon. (Probablemente necesiten verlo a pantalla completa para notar la onda de choque.)
Un comentario acerca del video pueden encontrarlo en este link, y quienes quieran conocer el tema en mas detalle pueden acceder a una publicacion aqui.
