Crédito:Mitch Gunn / Shutterstock
Minimizar la resistencia del aire y la fricción con la nieve es clave para el rendimiento de élite en el esquí alpino. Los experimentos en túneles de viento han revelado la resistencia total que experimentan los esquiadores, pero no han proporcionado datos precisos sobre qué partes del cuerpo causan la mayor resistencia al aire al adoptar la posición de plegado completo.
Un nuevo estudio publicado en el Revista europea de física informa los hallazgos de un equipo de investigación de la Universidad de Tsukuba que estableció un nuevo enfoque de modelado computacional que proporciona datos precisos en 3D sobre el flujo de aire, formación de vórtices, y levantar alrededor del cuerpo de un esquiador. Esto tiene una utilidad esperada para diseñar mejores equipos de esquí y determinar la postura ideal a adoptar durante el esquí.
Como los esquiadores alpinos pueden superar velocidades de 120 km / h, están sujetos a altos niveles de resistencia al aire, y debe adoptar una posición doblada para reducir esto. Sin embargo, a niveles de élite, donde los lugares del podio pueden estar separados por centésimas de segundo, diferencias minúsculas en la resistencia del aire pueden ser extremadamente importantes, se ha invertido tanto esfuerzo en modelar y reducir esto.
El equipo de la Universidad de Tsukuba ha avanzado en este campo de estudio al establecer un enfoque novedoso para el modelado computacional del flujo de aire junto con los experimentos del túnel de viento. Los experimentos en el túnel de viento utilizando un maniquí proporcionaron datos de arrastre total a diferentes velocidades de flujo de aire, que se utilizaron para validar las simulaciones por computadora. En las novedosas simulaciones por computadora, Se aplicó un tipo de análisis de dinámica de fluidos computacional llamado método de celosía de Boltzmann, en el que se creó una cuadrícula 3-D para modelar el flujo de aire en y alrededor de la superficie del cuerpo del esquiador.
Visualización de flujo de la estructura de vórtice dominante de la postura de plegado completo del esquiador cuesta abajo a una velocidad de flujo de 40 m / s. Rojo:vórtices en sentido antihorario, Azul:vórtices en el sentido de las agujas del reloj, visto desde atrás. Crédito:Universidad de Tsukuba
"El método de celosía de Boltzmann nos permitió identificar regiones de bajo flujo de aire y lugares donde se formaron vórtices de flujo de aire, ", dice el coautor del estudio Sungchan Hong." Debido a la precisión de esta simulación, a diferencia de los experimentos en el túnel de viento, podríamos mostrar que la cabeza, parte superior de los brazos, piernas superiores, y los muslos son fuentes particulares de arrastre ".
La validez de los resultados fue apoyada por la alta correlación entre los resultados empíricos de la resistencia total en el maniquí de esquiador en un túnel de viento y los datos correspondientes en las simulaciones por computadora.
"Ahora sabemos qué partes del cuerpo tienen los mayores efectos de ralentizar a un esquiador, podemos diseñar equipos para reducir la resistencia del aire asociada con esto, y también sugieren pequeños cambios en la postura del esquiador que podrían aumentar la velocidad, ", dice el autor principal, Takeshi Asai.
El equipo tiene la intención de ampliar este trabajo aplicando el nuevo enfoque a varias posturas de esquí adoptadas durante diferentes partes de una carrera. y utilizando diferentes modelos de turbulencia para aumentar la confiabilidad de sus resultados.
