E7 Cinemática del batido

Tópico

La cinemática del batido describe la geometría del movimiento del ala: cómo cambian la posición, la velocidad y la orientación de cada punto del ala a lo largo de un ciclo de batido completo. Es el módulo que traduce el movimiento puramente geométrico del ala en algo que se puede seguir punto por punto, instante a instante, durante todo el ciclo.

Este movimiento oscilatorio del ala está impulsado por los músculos de vuelo —el músculo pectoral y el músculo supracoracoideo— a través de la cinemática de la cadena ósea, el sistema de palanca y articulación que transmite el movimiento desde la base del ala hasta su punta. El resultado de este movimiento oscilatorio es que el ala genera, al mismo tiempo, sustentación para sostener el peso corporal del ave y empuje para avanzar contra el arrastre que el propio aire le opone.

La eficiencia con la que este movimiento oscilatorio del ala convierte potencia muscular en fuerza propulsiva depende de un parámetro adimensional clave: el número de Strouhal, que se calcula a partir de la frecuencia de batido, la amplitud del movimiento del ala en cada ciclo, y la velocidad de avance del ave.

Los animales que nadan o vuelan mediante un movimiento oscilatorio tienden a operar dentro de un rango de número de Strouhal relativamente estrecho, entre 0,2 y 0,4, y es precisamente dentro de ese rango donde la eficiencia con la que convierten potencia muscular en fuerza propulsiva alcanza su máximo: fuera de ese rango, ya sea por un batido demasiado lento o demasiado rápido para la velocidad de avance que llevan, esa misma potencia muscular se traduce en menos fuerza propulsiva útil.

Esta convergencia hacia el mismo rango de número de Strouhal aparece en animales tan distintos como los delfines, los atunes, las mariposas, los colibríes y las gaviotas, especies que nadan o vuelan con aparatos locomotores completamente diferentes entre sí, y es uno de los resultados más sorprendentes de la biomecánica comparada: sugiere que ese rango de número de Strouhal no es una coincidencia entre especies, sino una condición física que cualquier movimiento oscilatorio propulsivo eficiente debe cumplir, independientemente del animal que lo ejecute.

Por eso, medir el número de Strouhal de un ave concreta —a partir de la frecuencia de batido, la amplitud del movimiento del ala y la velocidad de avance que esa cinemática del batido efectivamente produce— permite comparar directamente, sin necesidad de conocer ningún otro detalle de su anatomía, si esa ave está aleteando dentro del rango que la biomecánica comparada asocia con la máxima eficiencia propulsiva, o si se ha alejado de él.

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