Efecte Magnus: definició física i exemples quotidians

Efecte Magnus: definició física i exemples quotidians

L'efecte Magnus és un fenomen físic que s'observa quan un objecte de rotació es mou a través d'un fluid, com l'aire o l'aigua. Aquest efecte té aplicacions pràctiques a molts camps, des de l'esport fins a l'enginyeria aeronàutica.

L'efecte Magnus es produeix quan un objecte esfèric en rotació es mou mitjançant un fluid. La rotació de lobjecte afecta la manera com el fluid es desplaça al seu voltant, creant diferències de pressió que resulten en una força perpendicular a la direcció del moviment de lobjecte. Aquesta força es diu força Magnus.

El principi de l'efecte Magnus

Funcionament de l'efecte MangnusPer entendre com funciona, imaginem una pilota de tennis que gira mentre es desplaça cap endavant. Suposem que la pilota gira en el sentit de les agulles del rellotge (vista des de dalt):

La rotació de la pilota fa que la superfície a la part superior es mogui a la mateixa direcció que l'aire que passa per sobre de la pilota. Això accelera l'aire a la part superior. La llei de Bernoulli diu que quan augmenta la velocitat d'un fluid, la pressió disminueix. Per tant, lʻaire que es mou més ràpid sobre la part superior de la pilota crea una zona de baixa pressió.

D'altra banda, a la part inferior de la pilota, la superfície es mou contra la direcció de l'aire. Això ralenteix l'aire, creant una zona d'alta pressió.

La diferència de pressió entre la part superior (baixa pressió) i la part inferior (alta pressió) genera una força que empeny la pilota cap amunt que és la que es coneix com a força Magnus.

Exemples de l'efecte Magnus en esports

L'efecte Magnus és un fenomen aerodinàmic que es produeix quan un objecte en rotació es desplaça a través d'un fluid, generant una diferència de pressió que fa que l'objecte en corbi la trajectòria. Aquest efecte és especialment visible en esports on s'utilitzen pilotes que giren a l'aire, com el tennis, el futbol, ​​el beisbol, el golf i el ping-pong, entre d'altres.

Tennis

Al tennis, els jugadors apliquen diferents tipus d'efecte a la pilota per controlar la seva trajectòria i velocitat.

  • Topspin (rotació cap endavant): Fa que la pilota descendeixi més ràpidament, permetent cops potents que es mantenen dins de la pista. També provoca un rebot més gran, dificultant la resposta de l'oponent.
  • Backspin (rotació cap enrere o slice): Redueix la velocitat i fa que la pilota suri més a l'aire, caient amb menor angle i reduint el rebot, ideal per a cops defensius o deixades a prop de la xarxa.

Futbol

Al futbol, ​​els jugadors utilitzen l'efecte Magnus per modificar la trajectòria de la pilota, cosa que és especialment útil en tirs lliures, centres i trets a porta.

  • Un xut amb efecte lateral permet corbar la pilota al voltant de la barrera en un tir lliure, fent que sigui més difícil per al porter anticipar la trajectòria.
  • Als centres, un efecte ben aplicat pot fer que la pilota es tanqui cap a la porteria o s'obri cap a un company.
  • El famós "gol olímpic", on un tir de cantonada entra directament a la porteria, és possible gràcies a aquest efecte.

Beisbol

Els llançadors de beisbol aprofiten l'efecte Magnus per enganyar els batedors amb diferents tipus de llançaments:

  • Curveball (bola corba): La pilota gira amb efecte cap avall i cap a un costat, provocant una desviació sobtada a la seva trajectòria.
  • Slider: Es mou lateralment i lleugerament cap avall, més ràpid que un revolt però menys pronunciat.
  • Fastball amb efecte backspin: Fa que la bola mantingui una trajectòria més elevada del que s'esperava, dificultant que el batedor la connecti amb precisió.

Golf

L'efecte Magnus també és clau al golf.

  • Un cop amb backspin permet que la pilota voli més alt i es freni ràpidament en aterrar al green, facilitant el control sobre la posició final.
  • Un draw (efecte cap a l'esquerra per a dretans) o fade (cap a la dreta) s'aconsegueix aplicant efecte lateral, cosa que ajuda a evitar obstacles o adaptar el cop a la forma del camp.

Ping-pong

Al tennis de taula, l'ús de l'efecte Magnus és fonamental per a estratègies ofensives i defensives.

  • Un topspin agressiu dificulta la resposta del rival a l'accelerar el pot de la pilota.
  • Un slice o backspin pot fer que la pilota amb prou feines reboti, forçant l'oponent a aixecar-la i quedant exposat a un atac.
  • Els cops amb sidespin poden fer que la pilota prengui trajectòries inesperades en rebotar a la taula oa la pala del rival.

Efecte Magnus a l'aerodinàmica

L'efecte Magnus no és només important en els esports, sinó també en l'enginyeria, particularment en el disseny d'avions i en la tecnologia de generació d'energia.

Rotors Flettner

Rotor FlettnerUna de les aplicacions més innovadores de l'efecte Magnus a l'enginyeria és el rotor Flettner, dissenyat per l'enginyer alemany Anton Flettner a la dècada de 1920. Aquests rotors són cilindres verticals instal·lats en vaixells, que giren al voltant del seu eix vertical. Quan el vent bufa perpendicularment al cilindre en rotació, es genera una força lateral a causa de l'efecte Magnus, que ajuda a propulsar el vaixell.

Els rotors Flettner han demostrat ser una forma eficient de propulsió auxiliar en vaixells, reduint el consum de combustible i les emissions. En els darrers anys, l'interès en aquesta tecnologia ha ressorgit a causa de la necessitat creixent de solucions de transport sostenibles.

Generació d'energia eòlica

L'efecte Magnus també s'investiga al camp de l'energia renovable. Algunes propostes inclouen l'ús de rotors cilíndrics a aerogeneradors, on la rotació dels cilindres podria millorar la captura d'energia del vent en comparació amb les hèlixs tradicionals. Aquest enfocament podria oferir una alternativa eficient per a la generació denergia eòlica en àrees amb condicions específiques de vent.

Història: Descobriment i descobridor

L'efecte Magnus porta el nom de Heinrich Gustav Magnus, un físic i químic alemany que va viure al segle XIX. Magnus va descriure el fenomen el 1852 després d'observar-lo durant una sèrie d'experiments.

Heinrich Gustav Magnus va néixer el 2 de maig de 1802 a Berlín, Alemanya. Va ser un científic multifacètic amb interessos en física i química. Les seves investigacions abastaven una àmplia gamma de temes, però és més conegut per la seva feina en la dinàmica dels gasos i l'efecte que porta el nom.

Experiment de Magnus

El descobriment de l'efecte Magnus va sorgir dels experiments de Magnus amb cilindres i esferes giratòries.

Durant aquests experiments, Magnus va observar que els objectes en rotació experimentaven una desviació lateral quan es movien mitjançant un fluid, com l'aire. Per entendre millor el fenomen, Magnus va aplicar el mètode científic i va dissenyar un experiment en què va fer girar cilindres i esferes a diferents velocitats i els va exposar a corrents d'aire. Va utilitzar instruments per mesurar la desviació i les forces involucrades.

Després d'analitzar les dades obtingudes, Gustav Magnus va analitzar les dades i va concloure que la rotació de l'objecte influïa en la distribució de la pressió de l'aire al voltant. Aquesta diferència de pressió era en una força lateral, que ara coneixem com la força Magnus.

Aquest treball no va descriure només un fenomen nou, sinó que també va establir les bases per a l'estudi de l'aerodinàmica i la mecànica de fluids.

Autor:
Data de publicació: 3 de juny de 2024
Última revisió: 3 de juny de 2024