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En Naukas: la historia marcada por la resistencia aerodinámica

Mi última colaboración en Naukas habla de historia, física, una pincelada de Formula1 y algo más. Si no queréis perdérosla, seguid leyendo:




La historia de las civilizaciones, imperios y países ha sido forjada a lo largo de los siglos a base de batallas y luchas por el poder político y militar. El desenlace de ellas no sólo se medía en función de la cantidad de recursos humanos y económicos de cada bando, sino que la balanza se decantaba en función de parámetros como estrategia, liderazgo, tecnología, posición sobre el terreno u otros factores que bien podían depender del azar.

Corrían los años 1750-1760 cuando para un entonces, un reconocido y prestigioso John Wilkinson patentó una máquina que sorprendió a todos: una taladradora. Realmente, no sólo se trataba de una máquina capaz de perforar, sino que lo conseguía con unas superficies interiores de un acabado superficial muy superior a los de la época, lo cual permitió a una de las máquinas que tiró de la revolución industrial, la máquina de vapor, poder mejorarse. James Watt en vano había intentado conseguir acabados de buena calidad mediante hierro forjado, el cual es un procedimiento en el que el metal es calentado y sometido a golpes repetitivos. Esta aportación tecnológica de Wilkinson permitió instalar las primeras máquinas de vapor en el mercado. Pero no sólo la industria se interesó por uno de los mejores industriales de la época, sino que Wilkinson revolucionó toda la artillería a partir de entonces. Claro, principalmente la inglesa. Esto se consiguió a través de la empresa Bersham.

Y quien sea consciente de las fechas y la historia, se habrá dado cuenta de que en aquella época se produjo una de las batallas más celebres de la época que resolvió la hegemonía de los mares: la batalla de Trafalgar (1805), en ella todos los cañones ingleses usaban la tecnología del protagonista del artículo lo cual les dio una gran ventaja tecnológica frente a la armada española, ¿cómo se explica?


El interior de los cañones españoles y sus correspondientes balas no conocían las excelencias del acabado superficial de la taladradora de Wilkinson. Esto se traducía en unas tolerancias geométricas muy malas, es decir, ni las balas de cañón salían perfectamente esféricas, ni los interiores de los cañones eran totalmente lisos. En cambio, todo lo contrario ocurriría con la artillería anglosajona, donde la mayoría de cañones de la armada inglesa fueron construidos por Bersham. Pero como esto es un post de divulgación científica, vamos a demostrarlo:

Para imaginar el aumento de potencia de unos cañones y otros, pensemos en que un cañón es un cilindro (mismo diámetro al comienzo que al final: sí, he dicho que es una suposición para facilitar los cálculos). Supongamos un diámetro interior de 17cm. El caso de las distintas calidades y acabados entre los distintos bandos lo vamos a representar mediante una esfera de cañón de 16 cm de diámetro para el caso español, y de 17 cm exactos de diámetro para el contrario.

A la hora de cargar el cañón, en el caso español queda medio centímetro de holgura entre el hueco del cañón y la bala (suponiendo que ambos objetos están centrados). En el caso inglés, no queda nada de hueco.

Es decir, en el caso inglés, toda la energía que proporciona la pólvora se invierte en impulsar al proyectil. En el otro bando, parte se pierde por la estrecha holgura y el resto también se usa para estampar la bola contra el casco contrario. Lo que se escapa por el hueco es la caída de presión, y con cálculos sencillos a partir de la ecuación de Darcy-Weisbach se podría calcular, aunque haría más tedioso el artículo.



Donde hf es la pérdida de carga; f es el coeficiente de fricción hidráulico; L es la distancia del cilindro; Rh es el radio hidráulico; v es la velocidad del fluido; g es la gravedad. En el proceso de obtener estos valores, también nos veríamos en la necesidad de calcular el número de Reynolds del sistema, la viscosidad dinámica del aire o el coeficiente de fricción hidráulica.

Por lo tanto, esta genial idea del industrial Wilkinson, fue uno de los factores que contribuyó a ganar la épica Batalla de Trafalgar. Contribuyeron otros muchos, y para ello os recomiendo leer este completo artículo.

Este principio ha sido aplicado a multitud de otras aplicaciones, entre ellas, una de las más espectaculares y conocida es el efecto suelo de los Formula1, donde se intenta que la distancia entre el fondo del coche y el asfalto sea lo mínimo posible para que el bólido se pegue al suelo y su paso por curva sea más rápido. Es decir, se consigue que la resistencia aerodinámica sea mejor. Y fue esa característica la que ayudó a ganar la épica batalla de Trafalgar.



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