Estudio de bolas flotantes en flujos de aire: diseño de tubos de Pitot, ecuación de Bernoulli y efecto Coandặ

Abstract

En este trabajo se aborda el estudio de la levitación de pelotas de ping-pong mediante la aplicación de un chorro de aire, tanto en posición vertical como inclinada, un fenómeno ampliamente conocido en divulgación científica por su simplicidad aparente, pero que abarca un gran rango de conceptos en Física de fluidos, desde los más básicos hasta algunos más sutiles. Desde una perspectiva teórica, se analizan dos enfoques basados en el principio de Bernoulli y el efecto Coandặ, capaces de ofrecer interpretaciones complementarias de este fenómeno. Paralelamente, se ha realizado un estudio experimental para contrastar ambas descripciones, que incluye el diseño y construcción de dos tubos de Pitot, así como el desarrollo de un dispositivo experimental sencillo. Este montaje ha permitido llevar a cabo mediciones de diversa naturaleza, tales como la velocidad del chorro de aire a partir de diferencias de presiones o la altura de equilibrio de las pelotas flotantes, entre otras. Gracias a los modelos teóricos y a los resultados experimentales, se ha podido estudiar con mayor detalle el comportamiento del flujo alrededor de esferas, lo que ayuda a establecer una mejor conexión entre la teoría y la realidad en este tipo de sistemas.

In this work, the study of the levitation of ping-pong balls by applying an air jet is addressed, both in vertical and inclined positions, a widely known phenomenon in popular science because of its apparent simplicity, but which encompasses a wide range of concepts in fluid Physics, ranging from the most basic to some more subtle ones. From a theoretical perspective, two approaches based on Bernoulli’s principle and the Coand˘a effect are analyzed, which can offer complementary interpretations of this phenomenon. In parallel, an experimental study has been carried out to contrast both descriptions, which include the design and construction of two Pitot tubes, as well as the development of a simple experimental device. This setup has allowed the perform of measures of different nature, such as the velocity of the air jet from pressure differences or the equilibrium height of the floating balls, among others. Thanks to the theoretical models and the experimental results, it has been possible to study in greater detail the behavior of the flow around spheres, which helps to establish a better connection between theory and reality in these kind of systems.