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  • Inicio > Historias > El Vuelo De La Abeja (Versión 2.0)
    2005-12-08
    )

    El Vuelo De La Abeja (Versión 2.0)
    2005-12-08


    Nota:
    El pasado 28 de noviembre escribía en esta bitácora una historia titulada "El Vuelo De La Abeja", que ha sido reprocesada y publicada en la sección de Ciencia y Futuro del Suplemento Territorios de El Correo el día 7 de diciembre de 2005. Esta es, pues, la versión 2.0 de aquel texto, que coloco a título de inventario. Hay cambios, por supuesto, pero la primicia quedó, como hacemos unas pocas veces al año, en exclusiva para los lectores de la bitácora.


    Se suele contar una historia que tiene que ver con los límites de la ciencia para explicar todo lo que vemos que involucra a las abejas. Viene a ser casi un dicho hecho: según la ciencia, una abeja no podría volar, pero realmente vuela. La historia tuvo su origen en 1934, cuando el entomólogo francés Auguste Magnan recogió el análisis de un ingeniero,André Saint-Lague, con los cálculos aerodinámicos de la forma de una abeja, comprobando que la fuerza de sustentación de sus alas sería insuficiente para permitir que un cuerpo con ese peso pudiera volar. Simplemente, según el estudio, las alas eran demasiado pequeñas. La propia historia de la aviación muestra cómo los aparatos que hacemos volar tienen unas alas muy grandes, mientras que un simple insecto volador tiene alas pequeñitas. ¿Un misterio que la física no puede resolver?

    A menudo se transcribe la historia con un abejorro, que todo el mundo entiende como menos aerodinámico aún que una simple abeja, y se ha llegado a hablar del “mito del abejorro” para referirse a este fenómeno. La anécdota suele encabezar a menudo artículos sobre la sustentación de los aviones, un tema que también se ha mantenido controvertido, especialmente en la Era Internet, con la sobreabundancia de información no necesariamente veraz. A veces, se afirma que simplemente es imposible volar (teóricamente), por más que esté demostrado (prácticamente) que se puede volar sin problemas. Especialmente si uno es un abejorro. Una versión extrema del mito viene a decir que el insecto vuela porque no sabe nada de aerodinámica, porque si se lo contaran, no se atrevería a hacerlo. En otros casos, el integrismo religioso suele emplear este mito para explicar que la ciencia no puede llegar con sus explicaciones a todos los lados. Otras veces, la moraleja tiene que ver con la incapacidad de la miope ciencia de encontrar sentido a las cosas evidentes.

    Sin embargo, las afirmaciones que se hacían en 1934 fueron refutadas poco después. Cuando se habla del vuelo de los insectos se enfatiza el asunto del pesado cuerpo, pero normalmente se olvida que no es lo mismo aplicar una fórmula o modelo aerodinámico a una situación de diseño estático, mientras que el diseño de un insecto volante no es una situación estática, sino dinámica. Podemos entenderlo de forma sencilla con una bicicleta: parada, la bicicleta no es estable, y se cae de lado; en movimiento, no. En "parado", una abeja no puede volar, -podríamos decir, no planea como un avión de papel, una situación que estáticamente tiene una mejor aerodinámica que una abeja-; en movimiento, la abeja crea una serie de turbulencias que contribuyen a crear fuerzas que explican su sustentabilidad. ¿Sencillo?

    Teoría y práctica
    Lo cierto es que no tanto, porque aunque cualquier físico entiende la "música" del asunto, ponerle la letra a la canción no es evidente. Una segunda forma más elaborada del mito del abejorro habla de la incapacidad de los modelos teóricos y sus desarrollos informáticos para poder demostrar lo anterior. Las cuestiones de la mecánica de fluidos, base teórica de la aerodinámica y su complicación teórica (y sobre todo numérica) dificultaron durante mucho tiempo comprobar modelos teóricos que demostraran el poder de los vórtices turbulentos a la hora de entender la sustentación de la abeja. Así, no es raro que de vez en cuando aparezcan noticias de que finalmente se ha resuelto el misterio. A comienzos de noviembre varias notas de prensa se hacían eco de la publicación en la revista Physical Review del trabajo de un matemático argentino, Fernando Minotti, autor de un modelo matemático que explica la formación de esos vórtices turbulentos en torno a las alas del insecto.

    Ya en los años 90 se había adelantado mucho en la resolución del problema mediante modelos a escala, como los de Charles Ellington o Michael H. Dickinson (el verdadero desfacedor del entuerto teórico, que en 2001 publicaba un interesante artículo en Scientific American sobre el asunto). Estos modelos, con las aportaciones de los físicos teóricos, permiten entender los complejos procesos aerodinámicos de una forma más completa. Aunque sin una evidente aplicación tecnológica: el problema para usar la estrategia de los abejorros para volar en vez de los torpes aviones convencionales es conseguir estructuras capaces de realizar cientos de movimientos por segundo, batiendo y rotando simultáneamente las alas, como hace un insecto.

    La revista Proceedings of the National Accademy of Sciences (PNAS) incluía el pasado 28 de noviembre un trabajo de Douglas L. Altshuler, William B. Dickson, Jason T, Vance, Stephen P. Roberts, y Michael H. Dickinson, que viene a suponer la puntilla al mito de que las abejas no podrían volar, según la ciencia. Porque, analizando la forma en que se generan las diferentes fuerzas aerodinámicas con los movimientos reales de las alas, además de realizando simulaciones robóticas, han comprobado que la clave está no sólo en el aleteo en arcos de entre 145 y 165 grados que realizan (el ángulo varía según la especie), con una frecuencia determinada por el peso del animal, con el que causan vórtices capaces de sustentarlos, sino que algunas especies de insectos (como las abejas) tienen una estrategia alternativa: baten en arcos menores, de 90 grados, pero a frecuencias mayores. Y en un cambio sorprendentemente rápido de la dirección del ala al comenzar cada batida.

    Los investigadores, por ejemplo, comprobaron cómo volaba una abeja en un medio menos denso que el aire (usaron heliox, un aire en el que el 79% de nitrógeno se sustituye por helio), generando más potencia de sustentación a base de ampliar el arco de batida sin cambiar la frecuencia. A las abejas les sobra potencia para volar. Los autores del artículo especulan que esta habilidad en el "toque" de ala les permite un amplio rango de potencias, y por lo tanto una mayor versatilidad en el vuelo: algo importante para estos insectos, que a menudo acarrean pesos muy grandes a largas distancias.

    Mecánica Complicada
    Sorprende saber que las explicaciones físicas al vuelo de una abeja no se hayan conseguido hasta hace relativamente hace, debido a la complejidad de los análisis aerodinámicos en situaciones reales. Sin embargo, es una cualidad intrínseca de la Mecánica de Fluidos, una rama de la física que, aunque planteada desde los tiempos de Aristóteles, tuvo que esperar muchos siglos para poder ser formulada. Las ecuaciones que describen el movimiento del aire en torno a un ala fueron planteadas por vez primera por George Cayley en 1837, quien además creó el término “aerodinámica”. En esa misma época, el matemático e ingeniero francés Claude Louis Marie Henri Navier y el matemático y físico irlandés George Gabriel Stokes, abordaban cuestiones relacionadas con el movimiento de los fluidos, llegando al conjunto de ecuaciones que llevan su nombre, una serie de ecuaciones diferenciales no lineales que describen el comportamiento de los fluidos.

    La solución de las ecuaciones de Navier-Stokes en casos particulares suponen una gran dificultad, salvo que se incluyan numerosas simplificaciones. Sin embargo, las condiciones de un vuelo real no permiten tales simplificaciones: la viscosidad del fluido (el aire), sus cambiantes condiciones físicas, las interacciones que se producen por la forma de los objetos (y más si esta geometría cambia, como en el caso del ala batiente de un insecto) impiden un acercamiento teórico sencillo.

    De la complejidad de ese sistema nos habla, por ejemplo, que muchos de los problemas reales que se presentan en la aerodinámica se suelan resolver con modelos y túneles de viento, estancias en las que se puede registrar con detalle lo que sucede o, en la era informática, con la realización de simulaciones numéricas que dan respuestas parciales a las ecuaciones que describen la física. Así, no es extraño que el humilde vuelo de una abeja hubiera quedado tanto tiempo pendiente de resolución.

    2005-12-08 20:43
    Enlace | 13 Comentarios


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    Comentarios

    1
    De: iker fiménez Fecha: 2005-12-09 15:39

    buen post, amigo pez, la abeja maya al final ha llegado al corazón de este viejo caminante y trotador de carreteras. Sobre lo que ud dice al final del post, las soluciones... es cierto que los físicos prefieren las soluciones analíticas a las númericas (i.e. computacional y simuladores), de hecho muchos consideran que las númericas son falsas soluciones debido a su clara dependencia de los parámetros experimentales, en el túnel del viento es obvio que cambiando el valor de ciertas variables las soluciones difieren ampliamente cuando la dinámica es la misma. Otra razón esgrimida, es la poca elegancia de las soluciones numéricas y su pobreza para el desarrollo teórico al ser soluciones ad-hoc.
    y con respecto a la mecánica de fluidos, es cierta lo poco desarrollado de esta rama de la física en comparación a la cinética por ejemplo, alguna postmodernista feminista ha esgrimido como razón que al ser el tópico de los fluidos un tema femenino (sic) y el de la cinética masculino, el propio interés de la física revelaría el caracter machista de esta ciencia y por extensión de la civilización occidental en la que se aberga... bonito delirio

    un saludo



    2
    De: Suminona es gilipollas Fecha: 2005-12-09 20:15

    Es evidente que el mensaje de arriba no es de Iker Jiménez. Iker no tiene tantas luces como para desarrollar un comentario como este.



    3
    De: Yo Fecha: 2005-12-09 21:12

    Me suena algo de ese artículo 'sexista', pero fue hecho como una ironía del sexismo. Si recuerdo dónde lo leí y/o lo encontrara lo posteo.



    4
    De: Char_lee Fecha: 2005-12-10 08:55

    De ironía nada, esa paranoia del presunto machismo de la física pertenece a Luce Irigaray y no tiene nada de humor inglés, la tipa no sólo lo escribe en serio, sino que hay quien se lo cree y todo. Es una psicóloga-psicoanalista belga que se caracteriza por un ultrafeminismo posmoderno de esos a los que llamarlos absurdos se queda corto. Para un comentario más extenso al respecto recomiendo el libro "Imposturas intelectuales", de Alan Sokal y Jean Bricmont, donde dejan bien claro que los "Emperadores" del posmodernismo van desnudos.



    5
    De: Suminona Fecha: 2005-12-10 12:07

    "Es evidente que el mensaje de arriba no es de Iker Jiménez. Iker no tiene tantas luces como para desarrollar un comentario como este."

    Y lo que no es tan evidente es si Vd. tiene tantas luces como para entenderlo.



    6
    De: Suminona es gilipollas Fecha: 2005-12-10 16:55

    ¿Qué¿ ¿calentito? ¿ya no sabes qué responder y acudes al más puro insulto? Pues venga, sigue, sigue, que ya te he dicho que no ofende quien quiere sino quien puede.



    7
    De: Suminona Fecha: 2005-12-10 18:52

    Y lo dice alguien que demuestra una originalidad sin parangón en cuanto a elección de su nick.



    8
    De: Anónimo Fecha: 2005-12-10 22:50

    Niño, los cafés



    9
    De: Suminona es gilipollas Fecha: 2005-12-11 01:31

    Anónimo, dile al chico que el mío con leche, por favor.

    La verdad es que es tonto el pobre, pero le estoy cogiendo cierto cariño. Como el cariño que tienen los boxeadores por su saco.



    10
    De: Enrique Arrasti Fecha: 2005-12-11 13:00

    Venga, venga, cuánto mal rollo. Ni que os hubiera picado una abeja. ¿Dónde queda la caridad cristiana?.

    Entro nada más, en el día en el que los católicos celebramos el día de la sana alegría, para regalaros una cosa que segruo os viene muy bien a casi todos. ¿Como os va el inglés? Pues aquí os pongo tarea para toda esta alegre mañana.


    CURSO de PRONUNCIACIÓN de INGLÉS

    1 - Módulo básico
    Tres brujas miran tres relojes Swatch. ¿Cuál bruja mira cuál reloj?

    En inglés: Three witches watch three Swatch watches. Which witch watch which Swatch watch?

    2 - Módulo avanzado
    Tres brujas travestis miran los botones de tres relojes Swatch. ¿Cuál bruja travesti mira los botones de cuál reloj Swatch?

    En inglés: Three switched witches watch three Swatch watch switches. Which switched witch watch which Swatch watch switch?

    AHORA VAS Y LO CASCAS !!!



    11
    De: killerrex Fecha: 2005-12-12 16:01

    Curiosa historia, a mi siempre me la ponían en clase de dinámica de fluidos como ejemplo de aplicación errónea de ecuaciones.
    El problema básico es que las ecuaciones de vuelo de los aviones subsónicos tienen una simplificación básica: las fuerzas viscosas sólo actuan en una capa muy fina en torno a las superficies (o si lo prefieren, trabajan a números de Reynolds muy altos)
    Así el N de Reynold típico de un avión es 5 órdenes de magnitud mayor que el de una abeja con lo que prácticamente nada de lo obtenido para aviones sirve.
    El problema del vuelo de la abeja es un problema con viscosidad y turbulencia, que son los dos puntos más complejos de los modelos de fluidos, de ahí que a pesar que se supiese desde mucho antes cómo se podría explicar el vuelo de la abeja se haya tardado tanto en empezar a explicarlo.

    En comparación las ecuaciones básicas del vuelo de un avión se pueden resolver con lápiz y papel... con bastante, pero se pueden resolver.
    El equivalente en el mundo de la cinemática quizá sean los modelos de rozamiento y los sólidos muy deformables... al intentar aplicar a un problema de esas características los resultados de un sólido rígido se obtienen también tonterías



    12
    De: Yabba Fecha: 2005-12-12 16:20

    CURSO DE GRAMÁTICA INGLESA :

    La tercera persona de singular lleva "s" o "es" ,... por lo tanto, "Which witch watches which Swatch watch?"



    13
    De: Enrique Arrasti Fecha: 2005-12-12 23:16

    ¡Toma, claro, ahí está!, mira que me esforzaba en pronunciar, pero no me entendía ni el apuntador.

    Gracias, Yabba. Siempre tan atento.



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