La sincronización de los osciladores en el aeromotor bipala

Sobre la sincronización en el ciclo rotor eólico.

El libro “Sincronización: un concepto universal en ciencias no lineales” de A Pikovsky , M Rosenblum , J Kurths - 2003 - books.google.com, recoge que el concepto de sincronización fue descrito por primera vez en 1665 por Christiaan Huygens; los fenómenos de sincronización abundan  en la ciencia, la naturaleza, la ingeniería y la vida social.

Sistemas tan diversos como los relojes, los grillos cantores, los marcapasos cardíacos, las neuronas que se disparan y las audiencias que aplauden, muestran una tendencia a operar en sincronía.

Se trata de fenómenos universales que se pueden entender dentro de un marco común basado en la dinámica no lineal moderna. La primera mitad de este libro describe la sincronización sin fórmulas y se basa en ideas cualitativas intuitivas.

Synchronization: A universal concept in nonlineal sciences. American Journal of Physics 70 , 655 (2002); https://doi.org/10.1119/1.1475332. Arkady Pikovsky , Michael Rosenblum , y Jürgen Kurths revisados ​​por Robert C. Hilborn Publicado en línea: 13 de mayo de 2002.

Para acercarnos a la interpretación de la rueda como aeromotor bipala, debemos considerar que la sincronización de sus elementos en rotación adquiere una especial relevancia para obtener  la eficiencia cinética necesaria para validar la utilidad práctica del modelo.

Para explicar este efecto realizamos una pequeña experiencia: Conocemos cómo realizar nuestras curvas cicloides. Estudiamos la sincronización oscilatoria de sus péndulos.

Figura 1.- Disco trazador de las curvas cicloides en el aeromotor bipala

Figura 2.- Morfología de las curvas cicloides: común (como la llanta), acortada (como los álabes) y alargada.

La nueva cinética rotacional que se añade a la rueda tiene relación con la armonía y sincronización de los movimientos pendulares que surgen en las curvas cicloides que sigue el flujo aéreo en rotación.

Figura 3.- Curvas cicloides: "una común" generada en la llanta al rodar (más amplia) y "dos acortadas" generadas en los extremos de las palas.

Veamos cómo se establece la sincronización de los osciladores cuando los acoplamos en fase, a través de un sencillo experimento básico.

Figura 4.-Experiencia de sincronización de los tres péndulos. En color rojo el péndulo isócrono generado por la llanta y en verde los dos péndulos isócronos generados por el borde más interno de los álabes.

Figura 5.- Plataforma de eje flexible (oscilador sumatorio).

Puntos de fijación de los tres péndulos (en rojo).

Vídeo (plano lateral):
Hacemos oscilar conjuntamente los dos péndulos verdes correspondientes a las curvas cicloides de los álabes. Tras un período breve de acoplamiento, "el movimiento de los dos péndulos se sincroniza", a través de la unión o eje del que penden.

Vídeo (plano frontal):
Cada péndulo con función de metrónomo incorpora una pequeña fuerza a la plataforma o eje que les sincroniza sumando sus fuerzas. El péndulo central principal de color rojo recibe un impulso complementario que le permite iniciar su oscilación.

El experimento muestra que la sincronización oscilatoria acoplada del movimiento entre los dos péndulos se comporta de forma similar a los bastones de apoyo que han mostrado su eficiencia en el  modelo de la marcha nórdica.

Durante la actividad deportiva en la bicicleta el eje de la rueda recibe la fuerza del torque generada que transmitimos desde el pedal, generando el movimiento de traslación expresado por la curva cicloide común de la llanta, con un arco de péndulo de 2´40m., junto a  dos pequeñas curvas cicloides acortadas, cada una con un arco de 1´6m., relacionadas con la traslación del borde de los dos álabes.

La experiencia que se describe corresponde a una sola linea pendular. El efecto final sería el sumatorio de los movimientos pendulares de todas las partículas que impactan sobre los álabes incorporándose a una circulación rotacional que finalmente resulta acelerada.

La sincronización pendular de la oscilación resulta un elemento clave para comprender la utilidad de nuestro aeromotor para el ciclismo en pista y en carretera.

Gabriel Saitua, Getxo 2019