Un Vaivén de Belleza: Péndulos, Fluidos, Fuerzas y Computadoras
Autores: Mongelli, Michael; Battista, Nicholas A.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Un Vaivén de Belleza: Péndulos, Fluidos, Fuerzas y Computadoras
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Péndulos
Dinámica
Dinámica de fluidos computacional
Software FSI
Desplazamientos angulares
Ley de arrastre de Stokes
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Aunque los péndulos han existido durante milenios y han logrado incluso formar parte de los planes de estudio de pregrado, todavía ofrecen una amplia gama de dinámicas complejas que aún no se han explorado por completo. Para investigar estas dinámicas, desarrollamos un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) de un péndulo utilizando el software de interacción fluido-estructura (FSI) de código abierto, IB2d. Más allá de analizar los desplazamientos angulares, velocidades y fuerzas obtenidas solo del modelo FSI, comparamos su dinámica con el modelo canónico de la ecuación diferencial ordinaria (ODE) del péndulo amortiguado que es familiar para los estudiantes. Solo observamos un acuerdo cualitativo después de algunos ciclos de oscilación, lo que sugiere que hay una mayor resistencia del fluido durante el movimiento inicial de nuestro sistema, que no es capturada por el término de amortiguamiento de velocidad linealmente proporcional de la ODE, que surge de la Ley de Arrastre de Stokes. Además, también pudimos investigar lo que de otro modo no se podría haber explorado utilizando el modelo ODE, es decir, la respuesta del fluido a un péndulo oscilante: la dinámica de fluidos subyacente del sistema.
Descripción
Aunque los péndulos han existido durante milenios y han logrado incluso formar parte de los planes de estudio de pregrado, todavía ofrecen una amplia gama de dinámicas complejas que aún no se han explorado por completo. Para investigar estas dinámicas, desarrollamos un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) de un péndulo utilizando el software de interacción fluido-estructura (FSI) de código abierto, IB2d. Más allá de analizar los desplazamientos angulares, velocidades y fuerzas obtenidas solo del modelo FSI, comparamos su dinámica con el modelo canónico de la ecuación diferencial ordinaria (ODE) del péndulo amortiguado que es familiar para los estudiantes. Solo observamos un acuerdo cualitativo después de algunos ciclos de oscilación, lo que sugiere que hay una mayor resistencia del fluido durante el movimiento inicial de nuestro sistema, que no es capturada por el término de amortiguamiento de velocidad linealmente proporcional de la ODE, que surge de la Ley de Arrastre de Stokes. Además, también pudimos investigar lo que de otro modo no se podría haber explorado utilizando el modelo ODE, es decir, la respuesta del fluido a un péndulo oscilante: la dinámica de fluidos subyacente del sistema.