La física de la natación de los patos gracias a sus patas palmeadas

Galileo dijo que ”hay que medir lo que es medible y hacer medible lo que no se puede medir.” En su tesis doctoral, bajo la dirección delprofesor Morteza Gharib (Instituto Tecnológico de California, Caltech), Daegyoum Kim ha utilizado un túnel hidráulico y modelos de plástico de las patas para estudiar la natación de los patos. Gracias a las técnicas de velocimetría tridimensional ha podido reconstruir los vórtices producidos por las patas palmeadas y el efecto del ángulo de ataque. Para minimizar la energía consumida durante la natación es fundamental la forma flexible de las patas que genera una fuerza de empuje mucho mayor que una pata rígida gracias a que producen una serie de vórtices que reducen la resistencia hidrodinámica. Además, la forma de trapecio de las patas y un ángulo de ataque óptimo (alrededor de 90º) facilitan la circulación de los vórtices, logrando que el empuje  utilice un menor consumo de energía. ¿Cómo han medido el campo tridimensional de velocidades? Gracias a microesferas de vidrio recubiertas de plata iluminadas por láser (la técnica se llama DDPIV por Defocusing Digital Particle Image Velocimetry). El vídeo muestra los resultados medidos de forma experimental para tres formas diferentes de patas (ver más abajo). Los interesados en más detalles disfrutarán de la tesis doctoral de Kim, “Characteristics of Three-dimensional Vortex Formation and Propulsive Performance in Flapping Locomotion,” CalTech, 25 May 2010 [pdf]; los que prefieran un resumen de los resultados pueden recurrir a su artículo técnico Daegyoum Kim and Morteza Gharib, “Characteristics of vortex formation and thrust performance in drag-based paddling propulsion,” Journal of Experimental Biology 214: 2283-2291, 2011. Visto en “Ducks feet – the physics,” Improbable Research, Sep. 19, 2011.

El estudio de Kim se limita, por ahora, a la palmada de una sola pata, despreciando el efecto de la interacción entre los vórtices generados por ambas patas. Estudios en otros animales que también utilizan vórtices para propulsarse, como las moscas y las mariposas en vuelo, indican que esta interacción es de gran importancia e introduce ventajas energéticas adicionales. Aún así, se trata de un estudio muy interesante ya que la biomecánica y la biofluidodinámica de la propulsión de los seres vivos tiene importantes repercusiones en ingeniería, donde cada día se usan más los diseños biomiméticos (o inspirados en los seres vivos). De hecho, el grupo de investigación del Dr. Gharib ya ha realizado múltiples incursiones en este campo.

Fuente

Acerca de A. Arrieta

Físico egresado de la Universidad de Córdoba con sede en la Ciudad de Montería. Magister en Física de la Universidad Nacional de Colombia con sede en la ciudad de Medellín. Docente del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) y docente adscrito a la Secretaría de Educación de Medellín. "Amarrar el conocimiento no te hace más sabio, en cambio compartirlo te hace más útil a la sociedad, trascender y no morir para siempre"
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