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Pero según estas ideas el Purpetuum Mobile
debe ser la cosa más común del Mundo.
El hecho de que no los vemos todos los días
es porque no vivimos en el ambiente simple del Espacio Libre, donde todo
está en movimiento perpetuo, sino en un condenado Planeta que enmascara
a nuestros ojos la simplicidad maravillosa del Universo con complejidades
terrenales".
La fricción, sólida y fluida probablemente
es una de las Fuerzas más importantes en nuestra pequeña
Porción del Universo.
Las personas inocentes tienden a pensar que la fricción
es "mala", pero si pudiéramos eliminarla totalmente, nada
funcionaría.
No podrían detenerse los automóviles
ni podrían guiarse y más cómico aún, no podrían
arrancarse. No podríamos caminar. Las montañas se derrumbarían
por sus laderas y los ríos se acelerarían hasta velocidades
increíbles.
Y todo se comportaría de una manera muy
cómica. Por eso es mejor que nos quedemos con la condenada
fricción e intentemos neutralizarla en casos especiales donde se
necesite hacerlo.
En cuanto a la fricción sólida, nosotros
como Especie hemos inventado ya algo tan bueno que ha sido imposible
mejorarlo por Milenios: La Rueda.
No hay ninguna duda en mi mente que primero
hubo el rodillo.
El rodillo no es una verdadera invención porque
es el uso diestro de algo que existe antes de que nosotros lo hubiéramos
pensado, como un tronco del árbol. Los escarabajos usan los rodillos
en forma de pelotas de excrementos.
Pero algún día alguien muy inteligente
"inventó" el EJE y ésa fue la verdadera invención
de la rueda.
Éste es un ejemplo radical de una invención
de algo que no existía en el Universo. Hay millones de cuerpos rodantes
pero no tienen ningún eje "real".
¡Y entonces de repente un solo individuo "vio la luz" como
en los dibujos animados viejos, y GUAU! La ¡RUEDA! ya se
había inventado.
No podría haberse inventado
por etapas o por colaboración de grupo porque la idea de "materializar"
el centro de un cuerpo que rueda y que virtualmente es estático
con respecto a la Rueda en un cilindro estrecho que no rueda es tan
simple que sólo involucra un pensamiento simple pero inteligente.
Es increíble, pero la única manera de
mejorar las asombrosas prestaciones de la Milenaria Rueda sólo
se ha encontrado recientemente: La levitación Magnética o
Fluídica.
La mejora en disminución de la fricción
no es tan radical si todas las variables se toman en consideración
como la energía necesaria para hacerlas funcionar.
Pero su peor enemigo probablemente es su costo, y
es dudoso que algún día sustituyan a la simplísima
rueda.
En cuanto a la lubricación, aunque se ha creado
una rama especial de la Ciencia , la Tribología, ningún importante
avance se han hecho, con la excepción de los cojinetes magnéticos
y neumáticos.
Su rendimiento alcanza casi el 100%, pero queda el
hecho de que los rodamientos de bolas modernos muestran un rendimiento
del 96-99%. El por ciento de mejora es por consiguiente pequeño
o mejor, insignificante.
Pero el Malo de la Película es de hecho la
fricción fluida.
Gastamos una porción grande de nuestros Recursos
de Energía en luchar contra este Malvado.
Echando una mirada a la Mecánica de Fluidos
y los pensamientos de sus creadores, desde Leonardo, Bernouilli, y D'Alembert
a Prandtl y von Karman, podemos ver los dispositivos "mentales"
que ellos crearon para ayudarse a pensar en semejante Campo, tan difícil.
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En el caso más simple, el flujo estacionario,
se puede seguir cada partícula fluida mentalmente y se puede ver
que describe una curva en el espacio y cada partícula que entra
en el campo de estudio a través del mismo punto sigue la misma línea
exactamente.
Cada dos líneas contiguas dividen el
Plano en "sendas" y en tubos rectangulares si agregamos la tercera
dimensión.
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Una partícula que fluye a lo largo de uno de
estos tubos no puede penetrar ilegalmente sus paredes virtuales.
Por eso estas paredes pueden ser solidificadas mentalmente y nada cambia.
Leonardo da Vinci tuvo la primera visión importante
en el asunto y concluyó que en el interior de estos tubos el fluido
tenía que circular más rápidamente a medida que el
tubo se vuelve más estrecho.
Esta conclusión parece ahora estúpidamente
infantil, pero necesitó un Genio real para llegar a ella al final
de las Edades Oscuras y principio del Renacimiento.
Y entonces Bernouilli vino con su teorema famoso y
nos dijo que en estos tubos la presión disminuye al crecer la velocidad.
Y GUAU!. Aquí viene D'Alembert y aplica el teorema
a un cuerpo que se mueve a través de un fluido y halla el hecho
asombroso que no hay NINGUNA fricción en absoluto.
Esto es completamente fascinante porque es completamente falso. ¿Por qué?.
Tomó mucho tiempo de pensamiento duro para
averiguar por qué.
El hecho puro y duro es que vivimos en un enormemente
complejo Mundo.
Desgraciadamente la mayoría de nuestros objetos
para movernos como naves o automóviles crean un flujo turbulento.
La turbulencia es un fenómeno caótico.
Eso significa que todo este esquema tan bueno de tubos
de flujo mentales es justo eso: Una creación mental; y falsa. Es
sólo aproximada a velocidades muy bajas.
Es imposible seguir la trayectoria de una partícula
real mentalmente porque cambia continuamente al azar. El flujo fluido turbulento
es un enredo realmente horroroso.
Por eso lo que podemos hacer es crear
Leyes del Movimiento Fluido Promediado.
¿De dónde proviene la fricción
Fluida?.
Bien, para empezar con esto, los fluidos tienen una
fricción interna, llamada viscosidad. Si una capa virtual
fluye a una velocidad diferente que su adyacente, se "restriega"
contra ella, por lo que podemos decir que hay fricción entre
capas adyacentes.
Cada vez que algo se "restriega" contra algo
hay una dispersión de energía en la forma de calor
y esta energía está normalmente destinada a aumentar la Entropía
del entorno para siempre.
Pero bastante desafortunadamente, las cosas son una
pizca más complejas.
Debido a la diferencia de velocidades entre las capas,
tienden a "enrollarse" una encima de la otra, produciendo finalmente un
fenómeno bien conocido; un Vórtice. (Vórtice = un
Tornado pequeño)
Lo Vórtices fueron estudiados por Helmholz
que mostró sus propiedades asombrosas.
La más cómica es otra paradoja: Los
Vórtices no pueden crearse, pero si usted los crea, entonces
serán eternos.
Reduciendo esto a la práctica: Es
difícil crearlos, y duran mucho más tiempo de lo que
podría esperarse.
Un gran Aerodinamicista del principio del Siglo XX
descubrió la existencia de la Capa Límite.
Es una capa de partículas fluidas que se adhieren
por capilaridad a la superficie del cuerpo sumergido.
Cuando el cuerpo se mueve, aparece
una fricción entre la capa límite pegada al cuerpo y las capas adyacentes
del fluido.
Estas capas tienden a rodar hacia "dentro ",
produciendo finalmente en el cuerpo una estela de vórtices
libres a derechas y a izquierdas. (Remolinos de von
Karman) La estela del cuerpo no está formada por vórtices
pulcramente distribuidos sino más bien es un follón
de pequeños vórtices enredándose de una manera caótica
hasta que toda la energía que han tomado del cuerpo en movimiento
es disipada como calor en el fluido.
Es fácil ver que si el cuerpo no es simétrico
en la dirección del movimiento, entonces los vórtices
en un lado serían más grandes que en su lado opuesto.
El resultado final es que cuando los vórtices
se cancelan en la estela, habrá una desviación del flujo
neto hacia un lado.
PERO cuando se desvía algo a un lado se produce
a una reacción al lado opuesto.
Por eso el cuerpo se ve sometido a una fuerza lateral,
que llamamos Sustentación en el caso de las alas de un avión,
Que son siempre asimétricas con respecto a
la dirección de vuelo.
Ahora permítanme remontarme a la fascinante
Paradoja de D'Alembert y permítanme probar algunos trucos
ingenuos.
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Permítanme usar un cuerpo que consiste en un
prisma cuadrado de longitud infinita perpendicular al plano del dibujo.
Lo rebanamos a través de su plano longitudinal y instalamos una
piel móvil, en dos partes, como se muestra en el dibujo.
La piel se mueve por encima de la superficie del cuerpo usando bolas o rodillos que se recirculan. Para que la fricción
interior pueda ser pequeña
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En cuanto a la fricción externa o de arrastre,
uno puede considerar que si movemos la piel con la velocidad teórica
dada por el análisis de D'Alembert, entonces el fluido "verá"
la superficie del cuerpo como "no" en movimiento y por eso la capa
límite no tendría influencia en la resistencia al avance.
De hecho el modelo de flujo sería prácticamente
el mismo dado por Bernouilli.
La resistencia al avance no se reduciría a
cero como por D'Alembert pero sería muy pequeña pues habría
sólo las diferencias pequeñas de velocidad entre las
distintas capas, con la correspondiente fricción viscosa que no
sería bastante para producir turbulencia libre.
Por favor no me digan que una máquina de longitud
lateral infinita es totalmente absurda porque así es como se estudian
las alas normales de avión de la forma más seria. Primero
son consideradas como de longitud infinita y después consideramos
los asquerosos problemas en las puntas del ala.
Que al final resultan ser los más importantes.
Nuestra Máquina de D'Alembert también
tendría problemas muy asquerosos en las puntas, si el prisma es
finito.
Pero en lugar de intentar resolverlos yo dejaría
este tren de pensamiento y volvería a comenzar con algo mucho más
simple
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Reducción de la Resistencia en Camiones
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Si instalamos tres cilindros rotativos
en la parte superior y los bordes laterales de la trasera de un camión,
actuarían como Rotores Flettner que doblan el flujo del aire
que pasa hacia el vacío producido por la marcha del camión.
El flujo total resultante de aire sería mucho
más "aerodinámico" que con un camión desnudo,
y por eso la resistencia del aire se reduciría grandemente.
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Todos nos hemos sentido asustados conduciendo detrás
de un camión y sujetos a sus potentísimos Vórtices
caóticos.
Estos vórtices toman una gran cantidad de energía
del camión.
La Potencia consumida por estos cilindros Flettner
es completamente despreciable.
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Máquina Tetraédrica D'Alembert
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Está basada en un tipo especial de tetraedro
donde dos lados opuestos son de igual longitud y perpendiculares
en el espacio.
En la figura se puede ver la realización práctica
de esta geometría donde el marco principal consiste en sólo
UNA barra doblada en muchos lugares para formar el tetraedro. Dos rodillos
se instalan en las barras delanteras y otros dos en las barras traseras.
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Una piel doblable pero no extensible
se extiende por encima del armazón principal, doblada hacia
adentro y soldada para formar una cinta continua
Esta piel tiene la forma de una bolsa cilíndrica plegada de fuera adentro y soldada en los extremos.
Esta piel rueda bien tensada hacia atrás en
los cilindros delanteros, por encima de las barras laterales y desaparece
dentro del cuerpo (Casco) a través de los dos cilindros traseros.
El camino del retorno dentro del cuerpo está limitado por una superficie
hermética en doble helicoide que corre de los cilindros traseros
a los delanteros.
Puede verse fácilmente que la hermeticidad
al agua o gas es perfecta.
Para profundidades mayores este Submarino podría
hacerse con un tetraedro de pesadas chapas de acero con una hendidura al frente y otro atrás con rodillos.
Ahora la piel puede ser muy ligera, porque no tiene
que resistir la presión, y la conservación de la anchura
de dicha piel a lo largo de su recorrido, permite el uso de bolas recirculantes
entre esta piel y el casco sin peligro de interferencias
El hecho que B+C siempre es = A muestra por qué
la piel puede ser no extensible. De hecho podría hacerse de chapa
metálica, incluso multicapa para presiones externas moderadas
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Éste podría ser un submarino para grandes
cargas excelente para la navegación justo debajo de las olas de
la superficie, para evitar las pérdidas en la que se llama "Ola de Proa". Si se hace con Casco rígido y una piel
apoyada en una capa de bolas de acero o de plástico muy duro,
sería de hecho muy ruidoso, pero ¿Quién se preocupa
del ruido en un barco de carga transatlántico no pilotado?.
Puede que termine por ser una amenaza para los Delfines
y Ballenas
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Realmente no me preocupa si este plan está
lejos de su posible puesta en práctica.
Mi propósito es mostrar qué se debe
aplicar más imaginación a los problemas comunes y que la
división del Conocimiento Técnico actual entre lo que se
conoce como Tecnologías Viejas o Industriales y las así llamadas
Nuevas Tecnologías es muy artificiosa. La única diferencia
real es que las "Nuevas" están temporalmente de Moda y las
"Viejas" están pasadas de Moda .
Es falso que las Nuevas sean más importantes
para nuestro futuro tecnológico, si es que tenemos un Futuro Tecnológico,
que las Viejas.
El suponer que en las Viejas Tecnologías ya
TODO está inventado y que por eso no hay que realizar ningún
esfuerzo investigador es la mejor manera de no desarrollar todo el enorme
potencial que todavía esconden.
Un ejemplo evidente es el exceso de entusiasmo que
muestran los que creen que la Información y la Comunicación
marcan nuestro Futuro, olvidando que antes hay que tener algo importante
que meter en los archivos para comunicarlo después.
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Este dibujo no necesita explicaciones minuciosas.
Hay una hendidura anterior con dos rodillos y una hendidura a popa con
otros dos rodillos.
Formando el Casco, hay un sucesión de rodillos
transversales cuyo ángulo respecto a la horizontal va creciendo
paulatinamente para formar el volumen utilizable del navío.
Esta nave es mucho más "hidrodinámica"
que la ya se ha mencionado.
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De la misma manera podría hacerse con un casco
rígido y una piel delgada con bolas de acero porque también
obedece las condiciones geométricas muy exactamente para evitar
interferencias de las bolas.
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He aquí un bonito navío submarino
con un casco de acero de alta resistencia para la navegación
en aguas profundas.
La ahora piel elástica muy extensible sale
de un agujero de eyección muy currentilíneo y corre
hacia atrás a lo largo del casco y desaparece a través de
un agujero currentilíneo en popa.
El regreso de la piel se hace a través
de un tubo relativamente pequeño donde va totalmente comprimido.
La piel corre encima del casco muy pulido en una capa
de lubricante propiamente puesta a punto para esta tarea.
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Esta piel puede ser sumamente delgada, (Realmente
como un condón).
No he hecho ningún cálculo serio dela fricción lubrificada de la piel contra el casco comparándola
con la disminución de la resistencia al avance debida al efecto
D'Alembert. En este caso la forma del casco puede diseñarse
para que iguale las velocidades superficiales cambiantes de la piel a las
velocidades del agua de las capas adyacentes para aumentar al máximo
el efecto D'Alembert.
El uso de pieles más gruesas con bolas de acero
libres o rodillos pequeños guiados sobre el casco no es tan favorable
aquí.
Muchos Científicos que trabajan en Dinámica
de Fluidos han propuesto el "barrido" de la Capa Límite soplando
o por succión.
Creo que el éxito de estos experimentos ha
sido muy limitado.
Por eso propongo estúpidamente barrerla con
una escoba.
¿Una escoba?.
Sí, una escoba. La idea no podría ser
tan improbable.
Repito eso de que en las mentes de los Ingenieros
que diseñan nuestro Futuro (Excepto en el campo de las Nuevas
Tecnologías) está faltando eso que su nombre implica, ingeniosidad.
La noción de que prácticamente todo
se inventó al final del Siglo XIX y comienzos del XX es muy querida
por las Multinacionales que aborrecen las innovaciones disruptivas
y adaptan sólo las mejoras incrementales adaptativas.
Diseñar así se ha vuelto un desierto
mental árido.
Pero es sorprendente cómo un poco de imaginación
aplicada a "invenciones" declaradas ya terminadas y completas y sólo
incrementalmente perfectible, las cambia radicalmente.
Permítanme intentar aplicar alguna imaginación
a este extraño navío.
Todos conocemos esos plumeros suaves que se guardan
en tubos cilíndricos muy pequeños y que cuando se extraen
"florecen" hasta crear un volumen muy grande.
Pasando este plumero por encima de una superficie
a la misma velocidad que el flujo de un fluido sobre ella no necesita prácticamente
ninguna energía, incluso a grandes velocidades.
La fricción sólida es mínima.
Si asumimos que este plumero se mueve hacia
atrás en la superficie de un cuerpo que avanza a través de
un fluido, el plumero no se mueve respecto al fluido, pero barre la capa
límite muy eficazmente.
Por eso hemos convertido un cuerpo liso común
en un cuerpo de D'Alembert Virtual.
¿Cómo haremos esto en la práctica?.
Bien, permítanos tomar muchos filamentos
fuertes y flexibles, pasarlos a través del casco, por un tubo interno
saliendo por la proa y pasando al revés barriendo suavemente el
casco.
Estos filamentos se hacen como las plumas de las aves
con muchos filamentos microscópicos laterales.
Esta idea merece un experimento, sumamente simple
por otro lado, pero yo no tengo tiempo o dinero para hacerlo.
¿Cómo de cerca de la superficie
del casco debe barrerse la Capa Límite?. ¿Tiene un fallo
serio este experimento mental?. El aumento de la fricción viscosa
del líquido adherido al plumero y la superficie del Casco ¿Es
superior a lo que se disminuye le fricción por turbulencia que hemos
eliminado?.
Éste es un problema de ingeniería
típico donde debemos encontrar el punto de diseño mejor por
experimentos, por análisis teóricos o ambos.
La cosa cómica es que esta idea pudiera aplicarse
a cualquier submarino existente. ¡Qué risa! Un submarino con
"Plumas".
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Control electromagnético
de la Capa Límite
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Creo que ha habido algo de interés en círculos
científicos, pero ignoro si en la actualidad ha habido algunos adelantos
significantes en el asunto.
¡La mayoría de las personas piensan que
la Magnetohidrodinámica (¡Eso sí que es una palabrota!
= El movimiento de Fluidos por Campos electromagnéticos) es una
nueva Ciencia, pero el propio Maxwell había hecho todas las predicciones
en este campo.
Me sentí muy entusiasmado cuando en mi primer año
de Físicas "descubrí" que los fluidos conductivos podrían
ser movidos aplicando un campo magnético y otro campo eléctrico.
Para el caso más interesante: El agua, existe
el problema de que el agua se descompone cuando está sometida a
una corriente eléctrica a través de ella.
Pero inmediatamente ví que si se cambia el Campo Magnético
y el Campo Eléctrico simultáneamente en sentidos opuestos
la fuerza aplicada al agua no cambia. ¡Propiedad maravillosa del Producto
Vectorial!.
Así que la Corriente Alterna puede usarse sin
problemas. Pues la Corriente alterna no descompone el agua!.
Aquí muestro un concepto por mover la Capa
Límite en la superficie del casco de una nave.
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La superficie del casco se construye con polos
de electroimanes en herradura diminutos.
Con Corriente Alterna usando 50/400 ciclos
no hay ningún peligro de descomposición del agua o Electrólisis.
La fuerza impulsiva aparecería como pulsante,
pero debido a la masa de la nave esto sería despreciable salvo
los posibles ruidos.
Los electroimanes podrían cubrirse con pintura
de protección pero NO los conductores eléctricos para
el buen funcionamiento. Para eso deben hacerse de aleaciones inoxidables.
El voltaje entre conductores adyacentes podría
ser bastante pequeño. simplemente unos voltios.
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Los problemas con aperturas en la casco no son serios
y pueden solucionarse usando cepillos metálicos en el perímetro
de la abertura.
Cómo este artilugio movería la Capa
Límite es difícil de averiguar, pero tendría un hecho
definitivamente a favor: Las fuerzas aplicadas a las capas de agua disminuirían
con el aumento de la distancia a la superficie del casco, justo lo
que se necesita para neutralizar la distribución de velocidad natural
dentro de esta Capa.
Innecesario es decir que la nave no necesitaría
un sistema de propulsión separado.
El ruido en un submarino viene, aparte de marineros
que cantan ante la Muerte como en la película La Batalla del Atlántico,
de vórtices principalmente en las puntas de la hélice.
Este sistema tiene el mínimo de vorticidad
y posiblemente si se ajusta la frecuencia a muy pocos Hercios, esta nave
o submarino podría ser prácticamente silencioso.
Bastante cómicamente el submarino ruso
de la Película El Octubre Rojo "tenía" un sistema de propulsión
electromagnético supersilencioso.
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Propulsión y Sustentación por Vórtice
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Un rotor cilíndrico que gira a velocidad alta
produce un vórtice concéntrico a él en el fluido que
le rodea
Este tipo de rotor se llama Rotor Flettner porque
fue usado primero por este científico como una vela de muy alto
rendimiento.
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Si instalamos algunos de estos rotores en un marco
espacial que forma un anillo y todos giran en el mismo sentido, producen
un vórtice anular gigantesco en la forma de una serpiente que se
muerde la cola, un tema que se repite en muchas culturas.
Hay una similitud asombrosa entre los fenómenos
de la Dinámica de Fluidos y los Electromagnéticos.
La máquina que hemos descrito es como
una espira eléctrica
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Ésta es una máquina de cuatro
rotores Flettner que cuando se sumerge en el aire libre o en el agua
actúa exactamente como una espira eléctrica.
Aquí el campo magnético equivale
al flujo del fluido y la corriente eléctrica es la velocidad rotatoria
de los rotores.
Los dos fenómenos son tan equivalentes que
se pueden usar el mismo Calculo Vectorial y también el
mismo "latazo" del Cálculo Tensorial.
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Una espira eléctrica cuando se la pone
en un campo magnético externo sufre sólo un par de fuerzas
pero NO una fuerza limpia, igual que las agujas de la brújula.
El sueño de tomar un imán con sólo
un polo Sur y dejarse empujar por el campo magnético de la Tierra
hasta el Polo Norte (Eso es: Navegación sin energía) es justo
un sueño absurdo que tantas personas tenían en
el último Siglo. (Todavía hay algunos majarones que reiventan
este estupendo método de moverse)
El problema es eso: Que no hay, y no pueden existir,
polos magnéticos macroscópicos aislados o monopolos.
De la misma manera esta máquina, cuando se
pone en el aire o en una corriente aérea no está sujeto
a una fuerza sino sólo a un par de fuerzas que lo orientan.
Pero esta máquina no puede usarse para
levantar un peso.
Pero afortunadamente la similitud no es completa y
al contrario que las líneas magnéticas, las líneas
de flujo material pueden ser simplemente interrumpidas por cualquier
obstáculo sólido.
Por el método simple de poner una tapa sólida
delante o dentro del rectángulo del rotor, bloqueamos el flujo.
Lo que lo convierte en algo básicamente diferente.
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Ahora las líneas de flujo no se cierran
cerca de la máquina sino en el infinito lo que es decir que
no se cierran, debido a viscosidad.
Así ahí aparece una fuerza neta en la
máquina o una sustentación útil.
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Esta máquina extraña se parece muchísimo
a un Platillo Volante. Lo siento, no era mi intención.
De hecho odio como Científico los malditos
Platillos Volantes y sus actuaciones maravillosas.
Es verdad que esta máquina de Flettner así
como los Rotores reales que se usaron como velas en completo silencio
y con su maravillosa maniobrabilidad pasmarían a los que los
vieran, pero nada de aceleraciones instantáneas y cosas así.
Siento decir esto. Si serían posibles muy altas
aceleraciones y grandes velocidades y cambios de dirección muy rápidos. |
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¡UUUyy. Qué susto!
(Menos mal que se va)
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