El efecto Magnus

Todo el mundo ha chutado alguna vez un balón. Es prácticamente imposible encontrar a alguien que no haya golpeado un balón con el pie en su vida, aunque fuera para devolverlo al sobrino pequeño o incluso para no tropezar con él. De igual forma -y aunque uno no haya jugado a fútbol en su vida- casi todo el mundo está familiarizado con el efecto que puede coger un balón al ser golpeado apropiadamente, y nadie se sorprende. Lo que vemos habitualmente no parece digno de mención; sin embargo, que un balón cambie de trayectoria en pleno vuelo y sin acción externa es algo extraordinario. Debemos adentrarnos irremediablemente en el mundo de la dinámica de fluidos para comprender este fascinante y tan utilizado efecto: el efecto Magnus.

Régimen laminar y turbulento

Empecemos por el principio: se dice que un fluido -aire en nuestro caso- tiene un flujo laminar cuando la corriente es ordenada, suave y no se entremezcla. Se puede predecir de forma teórica el movimiento de cualquier partícula en todo momento.

En cambio, se dice que un fluido tiene un flujo turbulento cuando la corriente es desordenada y caótica, formando remolinos. En este caso no es posible predecir el comportamiento de las partículas.

Laminar-turbulent_transition

En la figura podemos ver ambos regímenes. Al principio el aire caliente que sale de la vela asciende de forma laminar para terminar haciéndolo de forma turbulenta. Se puede apreciar al final de la etapa laminar cómo empieza a desestabilizarse en lo que se conoce como régimen transitorio.

Flujo alrededor de una esfera

Una vez aprendidos los diferentes regímenes, analicemos como se comporta el aire alrededor de una esfera en movimiento. Fijemos la vista en una esfera (balón) atravesando un fluido (aire): el flujo de aire se divide, rodeando la esfera, para volver a juntarse en la parte posterior.

Inviscid_flow_around_a_cylinder

Los colores solo hacen referencia a la presión del aire: oscuro indica alta presión mientras que claro indica baja presión. En realidad lo más importante, lo decisivo, es lo que ocurre muy cerca del balón: la capa límite.

La capa límite

La capa límite se refiere a la capa de aire más cercana a la esfera, que ve su velocidad reducida por fricción con ella. Su espesor es muy pequeño -tanto que no se aprecia en la animación anterior- y sin embargo su comportamiento es decisivo. Si nos acercáramos veríamos como la velocidad del aire es tanto menor cuanto más cerca de la esfera, hasta el extremo de llegar a cero justo en la superfície, por contacto a ella.

capa límite

En esta ilustración se aprecia el diminuto grosor de esta capa límite, las líneas azules son de referencia.

Desprendimiento de la capa límite

La capa límite se puede desprender al aumentar la velocidad y despegarse prematuramente de la esfera. Cuando eso ocurre, se generan turbulencias en la parte posterior.

desprendimiento capa limite

En la segunda ilustración vemos como efectivamente el flujo no consigue seguir todo el perfil de la esfera, separándose de ella de forma temprana. A continuación otra ilustración donde se aprecia con detalle el momento exacto del desprendimiento de la capa límite.

Boundary_layer_separation.svg

Movimiento relativo superior e inferior

Hasta ahora hemos supuesto que la esfera viajaba sin girar, pero ¿qué ocurre cuando la esfera viaja con rotación? La velocidad relativa del aire respecto a la esfera no es igual arriba que abajo. En el punto superior la rotación se produce en la misma dirección que el flujo de aire y por tanto la velocidad relativa es menor. Por contra, en el punto inferior la rotación es en sentido opuesto al flujo de aire y la velocidad relativa es mayor.

Esta diferencia resulta vital: en la parte superior de la esfera, donde la velocidad relativa es inferior, la superficie de la esfera ayuda y acompaña las partículas del aire, haciendo que la capa límite permanezca más tiempo unida a el balón. En la parte inferior, por contra, la velocidad relativa es mayor y la capa límite se desprende antes.

Como consecuencia el flujo de aire saliente es desviado hacia abajo. Por la ley de conservación del momento, el balón experimentará una fuerza ascendente. Dicho de otra forma: si el aire es desviado hacia abajo, el balón será desviado hacia arriba.

Aplicaciones industriales

El efecto Magnus se utilizó en su dia para hacer volar un avión. Se demostró que un cilindro rotatorio crea más sustentación que el perfil de un ala de avión, aunque también ofrece mucho más resistencia al avance, haciendo impráctica su implementación en aviones.

flettner_rotor_aircraft

Su aplicación en barcos fue algo mejor; Anton Flettner terminó de construir en 1924 el Buckau, un barco que utilizaba grandes cilindros en rotación con el fin de aprovechar el efecto Magnus para propulsar la embarcación. Aunque con este sistema de propulsión se consiguió circumnavegar el planeta, cayó en desuso por ser poco eficiente. Recientemente este concepto ha vuelto a ser de interés porque se cree que podría utilizarse para ahorrar grandes cantidades combustible.

buckau

Aplicaciones deportivas

El efecto Magnus es utilizado en multitud de deportes. Lo utilizan en béisbol para engañar al bateador, en golf para conseguir golpear más lejos, en fútbol para lanzamientos directos, en tenis para todo tipo de golpes, tenis de mesa, críquet, voleibol, squash y tantos otros deportes de pelota. En el siguiente video puedes ver el efecto Magnus en algunos de los mejores lanzamientos directos de fútbol.

El efecto Magnus llevado al extremo

Los chicos del canal How Ridiculous fueron a una presa para batir el récord de la canasta más alta. Desde allí, haciendo pruebas descubrieron por casualidad el efecto Magnus en todo su esplendor. Primero dejan caer el balón y este cae donde uno espera, desviado ligeramente por alguna brisa. La segunda vez lanzan el balón con rotación; al ser lanzado de tan arriba, el efecto tiene lugar durante un largo tiempo. Tanto es así que el lanzador no da crédito a la trayectoria que sigue el balón. Aquí puedes ver el video:

Incluso las semillas de algunos árboles tienen una forma tal que al caer giran, aprovechando el efecto Magnus para caer más lejos del árbol. Ahora la próxima vez que observes este efecto ya sabrás por qué ocurre.

2 comentarios sobre “El efecto Magnus

  1. Muy interesante y bien explicado.

    ¿Puedes comprobar las frases con colores azul y naranja en las que explicas el movimiento relativo superior e inferior? Hay una contradiccion.

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