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Introducción

Trataré de compartir un pensamiento que tengo en cuanto a la sustentación de un objeto móvil en un medio fluido, ya sea este líquido o gaseoso (v.g.: aire). No es que se quiera rebatir ninguna teoría existente, sino que como apoyatura a éstas, podría enfocarse desde este otro punto de vista; se llegará, por ambas, a iguales conclusiones.


La conjetura radica en el hecho de que el objeto móvil al desplazarse obtiene de medio de flotabilidad una densidad efectiva que aumenta con la velocidad; esto es decir, que a medida que viaja, va barriendo distintos volúmentes del medio aumentando para él su densidad y por lo tanto su flotabilidad.


Fundamententación teórica


Sabemos por Arquímedes que un objeto se hunde en el agua hasta que desplaza una cantidad de agua igual a su peso total. En ese punto la fuerza de flotación ascendente es exactamente igual al peso total del objeto flotante.

La figura muestra a un objeto de volúmen Vx, densidad Dx y peso Px flotando con una superficie s en un medio líquido (por ejemplo agua) de densidad Da. La profundidad de flotación que denominamos h determinará un volúmen sumergido Vs y un peso del agua que ocupa Vs. Para simplificar los cálculos pensaremos que la altura m del recipiente es muchísimo mayor que la flotabilidad h (h << m). Aquí entonces las ecuaciones de comportamiento serían:

Da = 1 > Dx = Px / Vx
Daef = s . m = Da
Vs = s.h
Px = Psa = Da . Vs = Da . s.h
Þ  h = Px / s . Da = hreposo

donde Daef es la densidad efectiva del agua.

Seguidamente le damos movimiento al objeto a una velocidad v.
Se proponen las ecuaciones límites:

lim]v=0 Daef  = Da
lim]v=
¥ Daef   = ¥   ; h = 0 ; s = ¥

Y pensamos que el área efectiva recorrida sef aumentará linealmente con la velocidad (aquí k es una constante de unidades):

sef = (1 + k.v ) s ; k.v > 1
Daef = (1 + k.v ) Da  (ecuación que verifica ambas postulaciones precedentes)
Vs = s.h
Px = Psa = Daef . Vs = Daef . s.h
Þ  h = Px / s . Daef = Px / s . (1 + k.v ) Da = (Px / s . Da) / (1 + k.v ) = hreposo / (1 + k.v )

donde se observa que a medida que se desplaza el objeto irá aumentando la flotabilidad (disminuyendo h).

Ejemplos verificadores de la teoría

Se ha pensado en una serie de casos que podrían explicarse, aparte del enfoque clásico y ortodoxo de la Física, de igual manera con este enfoque.

Cabe destacar que siempre que un objeto toma flotabilidad (o vuelo si el fluído es el aire) se deben dar necesariamente dos efectos: la flotabilidad propiamente dicha y la estabilidad (manutención de su forma sin inclinarse).
Tenemos los siguientes ejemplos:


Efecto "cabrillas"

O también llamado coloquialmente "efecto cucharita", consiste en el hecho del planeo que hace en su recorrido una piedra plana lanzada adecuadamente sobre el agua una y otra vez. Aquí la flotabilidad la hace la velocidad y su estabilidad la da el giro en símisma.

Elevación del frisbee

Para que se eleve el disco será necesario darle una impulsión de giro. En este caso la flotabilidad la da el giro y la velocidad su estabilidad.

Elevación de una lancha a motor

Si bien el viento de proa que se recibe lógicamente impulsará a una elevación del vehículo, entiendo que a esto se le suma el efecto considerado. Si pudiera experimentarse en una travesía en medio sin atmósfera entiendo que el efecto sería, por tanto, igualmente notorio aunque con menos intensidad.
Cómodamente podría experimentarse el fecto que presentamos si la nave es una simple madera fina o tronco longitudinal que termine en punta, tal cual la analogía de un lápiz, e impulsada por una cuerda.

Independencia de un satélite

Sabemos que podemos hallar la zona geoestacionaria para ubicar un satélite artificial si igualamos la fuerga gravitatoria terrestre a la fuerza centrífuga. Pero, aun en esta zona como también en la más alejada, refiriéndome al cosmos propiamente dicho, aquí no hay materia para la flotabilidad y por tanto tampoco vuelo ordinario.

Explicación del vuelo ecuatorial

Cuando un avión vuela en la línea ecuatorial, no se le suma ni se le resta a su trayectoria la velocidad de rotación del planeta. Esto es lógico porque está sumergido en la materia de flotabilidad que es la atmósfera. No es lo mismo si se aleja deella, es decir, en el cosmos; aquí sí afecta la velocidad de rotación terrestre.

El helicóptero

Las aspas principales impulsan aire hacia abajo aumentando la densidad efectiva de sustentación, y las posteriores le otorga la estabilidad.

El avión

Las alas principales cumplen la función de otorgar una superficie amplia que, junto a una velocidad crítica mínima, producirán una densidad efectiva del aire en el inferior produciendo la flotabilidad, y sus alas pequeñas posteriores si bien ayudarán a esto están destinadas a mantener la estabilidad. Se verá claramente con el modelo que describo, que si la altura de vuelo es poca no habrá suficiente densidad efectiva de sustentación y el avión caerá.

El efecto giroscópico

En este caso no estoy muy seguro, me disculparán por favor si es un disparate, pero pienso que un disco al girar y cualquiera sea su posición en el espacio, mantendrá su posición original de giro porque al aumentar las densiades efectivas del aire a sus ambos lados, ambas atmósferas ejercerán iguales presiones sobre éste mantenindo su postura. Los siguientes videos serían ejemplificadores: trompo, giróscopo 1 y giróscopo 2; y también habría otro que tal vez pueda también ser entendido con estos principios (el peso medio total que acusa la balanza no cambia al girar y es la suma de la del sujeto más la del artefacto).
Puede verificar esto en los Apéndices más abajo con un enfoque físico clásico.


Teoría especulativa

Solamente a modo de conjetura quisiera hacer un aporte más.

Hay un video que quisiera compartir porque es ejemplificador de la idea que tengo. El autor del mismo dice que se sustenta en la ley de Lenz, y yo lo veo como posible. Consiste en un efecto similar al expuesto donde el piso es una chapa metálica, tal vez de cobre (recuerde que la superficie de la tierra y el agua pueden ser consideradas conductoras eléctricas). Pero claro, es un efecto como dije "similar" puesto que no implicaría cambio de densidad de la materia sustentatora sino por repulsión magnética. Ver el video.
Lenz's Law Magnetic Levitating Top - Demonstration & Explanation

Me pregunto entonces si se pudiera realizar una nave en forma de disco a modo frisbee, que gire sobre sí misma no su fuselaje material sino un dominio de campo de fuerza, tal vez eléctrico, magnético, electromagnético o gravitatorio si se me permite. Este pensamiento, como el lector notará, está orientado a indicar que semejante efecto podría, quizá, aumentar la densidad del medio en que flota (agua, aire, atmósfera, etc.) para lograr la levitación; o en su opuesto, disminuir el suyo logrando el mismo efecto.


Apéndices

El efecto giroscópico

El giróscopo se destaca por tres funcionalidades: la precesión ("pre-cesar" o "movimiento antes de detenerse"), su cabeceo (o nutación) al precesar y su antigravedad (levitación).

Serán conocidos los tres experimentos básicos que nos ha dejado el ingeniero Eric Laithwaite en su video. Al que posee el disco y barral nos proponemos estudiar. La figura adjunta lo muestra.

Pondremos aquí las ecuaciones generales de comportamiento:

m > masa del disco
J = m R2 / 2 > momento angular de inercia (o masa rotativa)
R > radio del disco
P = m g > peso en el centro de masa del disco
N > fuerza en la base que sostiene
r > distancia del punto de apoyo al centro de masa
T> = r> x P> =
L> / t > torque (energía de torsión)
p> = m v> > cantidad de movimiento (o ímpetu)
L> = J
> = r> x p> > momento angular (o cantidad de movimiento del momento angular) (o
ímpetu) - Definida como T> =
L>/t es L el concepto de acción
E = J
2 / 2 > energía cinética

Ty> = r> x P> =
Ly> / dt
Lx> = Jx
> = J > = Lx()>
J = Jx = Jy = Jz


Ly> = Ty> t = (r m g)> t = Ly(Ty)>

El comportamiento de precesión estará dado por lo siguiente:

> precesión ("pre-cesar" o "antes de parar")
Lfinal> = Lx> +
Ly> = Lf ()>
= / t > velocidad de precesión (plano x-y)
tg
~ = Ly / Lf
= / dt ~ (Ly / Lf) / t = (Ly / t) / Lf = Ty / Lf = r m g / J = 2 r g / R2 = ()

1 (arriba)  >  cos
= z / r  >  -1 (abajo)
z = r cos (
- )  = z()
P = Pz
Ty Ly (si existe una F o P tendremos en cuadratura una L generada)
Lx
Tx Fz (si existe una L tendremos en cuadratura una F que la genere)

Y el comportamiento antigravitatorio estará dentro del propio sistema y no podrá ser observado fuera de él:

Al elevarse el volante se tendrá una proyección de Fz que resulta

Fz.cos (/2 - ) =  Fz.sen

de donde

Pfinal = Pz - Fz.sen
  = m g - J .sen = m (g - 0,5 R2 sen ) = Pfinal() (peso final por el efecto giroscópico)
m g > gravedad
- J
sen   > antigravedad
= 2 g / R2 sen (límite gravitatorio)
> 2 g / R2 sen Pfinal < 0 (levitación) No depende de la m

Como el sistema mecánico es estable la suma de fuerzas es nula, lo que determinará que en el
punto de apoyo se tenga una fuerza N igual y opuesta al P=mg que no se verá afectada por J
sen y por
eso el peso de todo el sistema no cambia. Es como que una báscula mide el valor medio N=mg y no el
dinámico. En el cosmos, donde no hay gravedad (g = 0), el volante girará sin precesión (Ty = 0) y, por tanto, no se ofrecerá ninguna fuerza de levidad ni de atracción. El video siguiente lo muestra.

El comportamiento de nutación no lo analizo.
  
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