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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo M7 - Locomoción Aérea (Vuelo Batido y Planeo en Murciélagos)
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3325
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Equilibrio del vuelo nivelado
¿Qué balances aerodinámicos mantienen altura y velocidad constantes?
Grupo 2: Grupo 2: Curva de potencia y velocidad óptima
¿Por qué la potencia de vuelo tiene forma de U y dónde aparece su mínimo?
Grupo 3: Grupo 3: Régimen de Reynolds
¿En qué régimen inercial-viscoso opera el ala de murciélago?
Grupo 4: Grupo 4: Deformación alar y vórtice de borde de ataque
¿Cómo la deformabilidad del patagio aumenta la sustentación durante la batida?
Grupo 5: Grupo 5: Resonancia musculoesquelética
¿Cómo la frecuencia de batida reduce el gasto muscular activo?
Grupo 6: Grupo 6: Planeo pasivo con patagio
¿Cómo permite el patagio sostener un planeo sin batido?
Grupo 7: Grupo 7: Relación de planeo y alcance horizontal
¿Qué determina la distancia horizontal recorrida por unidad de descenso?
ID:1132
Grupo 1: Grupo 1: Equilibrio del vuelo nivelado
Descripción
¿Qué balances aerodinámicos mantienen altura y velocidad constantes?
Pregunta clave: ¿Qué balances aerodinámicos mantienen altura y velocidad constantes?
El vuelo activo de estas alas combina dos condiciones aerodinámicas: la sustentación que generan las alas debe igualar exactamente el peso del murciélago para que el vuelo se mantenga nivelado, sin subir ni bajar, y el empuje que producen debe igualar exactamente la resistencia del aire para que la velocidad se mantenga constante. Esto ocurre porque la resistencia del aire que actúa directamente sobre el cuerpo y las alas crece con el cubo de la velocidad, mientras que la resistencia adicional asociada a generar la propia sustentación disminuye a medida que aumenta la velocidad; a baja velocidad domina esta segunda resistencia, y a alta velocidad domina la primera. Qué tan lejos logra avanzar horizontalmente el animal por cada metro que desciende durante el planeo queda determinado por la relación de planeo: el cociente entre la sustentación que genera la membrana y la resistencia del aire que esta misma membrana produce al planear. La potencia mecánica total que el murciélago necesita desarrollar para sostener ese vuelo nivelado no es la misma a todas las velocidades: alcanza un mínimo en una velocidad óptima determinada y aumenta tanto por debajo como por encima de ella, dibujando una curva en forma de U. Precisamente porque sus alas son tan deformables, los murciélagos pueden modular activamente la forma del ala durante cada batida, algo que un ala rígida convencional no puede hacer: esa modulación activa les permite aprovechar vórtices que se forman sobre el borde delantero del ala en cada batida, vórtices que aportan sustentación adicional y que no llegan a formarse sobre las alas rígidas de otros voladores.
ID:5954
Grupo 2: Grupo 2: Curva de potencia y velocidad óptima
Descripción
¿Por qué la potencia de vuelo tiene forma de U y dónde aparece su mínimo?
Pregunta clave: ¿Por qué la potencia de vuelo tiene forma de U y dónde aparece su mínimo?
La potencia mecánica total que el murciélago necesita desarrollar para sostener ese vuelo nivelado no es la misma a todas las velocidades: alcanza un mínimo en una velocidad óptima determinada y aumenta tanto por debajo como por encima de ella, dibujando una curva en forma de U. Esto ocurre porque la resistencia del aire que actúa directamente sobre el cuerpo y las alas crece con el cubo de la velocidad, mientras que la resistencia adicional asociada a generar la propia sustentación disminuye a medida que aumenta la velocidad; a baja velocidad domina esta segunda resistencia, y a alta velocidad domina la primera. El vuelo activo de estas alas combina dos condiciones aerodinámicas: la sustentación que generan las alas debe igualar exactamente el peso del murciélago para que el vuelo se mantenga nivelado, sin subir ni bajar, y el empuje que producen debe igualar exactamente la resistencia del aire para que la velocidad se mantenga constante. El vuelo de los murciélagos ocurre dentro de un régimen particular del flujo de aire alrededor del ala: un número adimensional que compara la importancia de las fuerzas inerciales del aire frente a las fuerzas viscosas toma, en el vuelo de murciélagos, valores de un orden de magnitud entre diez mil y cien mil, un rango en el que los efectos viscosos y los efectos inerciales del aire resultan comparables entre sí, ninguno domina claramente sobre el otro.
ID:5955
Grupo 3: Grupo 3: Régimen de Reynolds
Descripción
¿En qué régimen inercial-viscoso opera el ala de murciélago?
Pregunta clave: ¿En qué régimen inercial-viscoso opera el ala de murciélago?
El vuelo de los murciélagos ocurre dentro de un régimen particular del flujo de aire alrededor del ala: un número adimensional que compara la importancia de las fuerzas inerciales del aire frente a las fuerzas viscosas toma, en el vuelo de murciélagos, valores de un orden de magnitud entre diez mil y cien mil, un rango en el que los efectos viscosos y los efectos inerciales del aire resultan comparables entre sí, ninguno domina claramente sobre el otro.
ID:5956
Grupo 4: Grupo 4: Deformación alar y vórtice de borde de ataque
Descripción
¿Cómo la deformabilidad del patagio aumenta la sustentación durante la batida?
Pregunta clave: ¿Cómo la deformabilidad del patagio aumenta la sustentación durante la batida?
Precisamente porque sus alas son tan deformables, los murciélagos pueden modular activamente la forma del ala durante cada batida, algo que un ala rígida convencional no puede hacer: esa modulación activa les permite aprovechar vórtices que se forman sobre el borde delantero del ala en cada batida, vórtices que aportan sustentación adicional y que no llegan a formarse sobre las alas rígidas de otros voladores. Esto ocurre porque la resistencia del aire que actúa directamente sobre el cuerpo y las alas crece con el cubo de la velocidad, mientras que la resistencia adicional asociada a generar la propia sustentación disminuye a medida que aumenta la velocidad; a baja velocidad domina esta segunda resistencia, y a alta velocidad domina la primera.
ID:5957
Grupo 5: Grupo 5: Resonancia musculoesquelética
Descripción
¿Cómo la frecuencia de batida reduce el gasto muscular activo?
Pregunta clave: ¿Cómo la frecuencia de batida reduce el gasto muscular activo?
La frecuencia con la que el murciélago bate las alas tiene también un valor óptimo, que coincide con la frecuencia de resonancia natural de su propio sistema muscular y esquelético: batir las alas cerca de esa frecuencia de resonancia es lo que permite sostener el vuelo con el menor gasto muscular activo posible.
ID:5958
Grupo 6: Grupo 6: Planeo pasivo con patagio
Descripción
¿Cómo permite el patagio sostener un planeo sin batido?
Pregunta clave: ¿Cómo permite el patagio sostener un planeo sin batido?
Los patagios mencionados al comienzo, en otros mamíferos que no baten activamente las alas, cumplen una función distinta: en las ardillas voladoras, esa misma membrana funciona como un ala ancha y corta que permite planear entre un árbol y otro sin batir en absoluto, sosteniéndose únicamente en el aire que fluye sobre ella durante el descenso. Las ardillas voladoras alcanzan relaciones de planeo de entre dos y cinco metros de avance horizontal por cada metro de descenso, mientras que los murciélagos que también planean, con sus alas membranosas más eficientes aerodinámicamente, alcanzan relaciones de entre seis y diez, recorriendo mucha más distancia horizontal por cada metro que pierden de altura. Qué tan lejos logra avanzar horizontalmente el animal por cada metro que desciende durante el planeo queda determinado por la relación de planeo: el cociente entre la sustentación que genera la membrana y la resistencia del aire que esta misma membrana produce al planear.
ID:5959
Grupo 7: Grupo 7: Relación de planeo y alcance horizontal
Descripción
¿Qué determina la distancia horizontal recorrida por unidad de descenso?
Pregunta clave: ¿Qué determina la distancia horizontal recorrida por unidad de descenso?
Qué tan lejos logra avanzar horizontalmente el animal por cada metro que desciende durante el planeo queda determinado por la relación de planeo: el cociente entre la sustentación que genera la membrana y la resistencia del aire que esta misma membrana produce al planear. Las ardillas voladoras alcanzan relaciones de planeo de entre dos y cinco metros de avance horizontal por cada metro de descenso, mientras que los murciélagos que también planean, con sus alas membranosas más eficientes aerodinámicamente, alcanzan relaciones de entre seis y diez, recorriendo mucha más distancia horizontal por cada metro que pierden de altura. El vuelo activo de estas alas combina dos condiciones aerodinámicas: la sustentación que generan las alas debe igualar exactamente el peso del murciélago para que el vuelo se mantenga nivelado, sin subir ni bajar, y el empuje que producen debe igualar exactamente la resistencia del aire para que la velocidad se mantenga constante.
ID:5960