Análisis de apéndices inerciales en acinonix jubatus

Abstract

El Acinonyx jubatus (Chita) es reconocido como el animal más rápido en tierra, quién además logra reajustar su trayectoria rápidamente al momento de perseguir su presa a altas velocidades, donde cada cambio de dirección viene asociado con un rápido movimiento de cola, sin tener claridad si la cola aporta al equilibrio del movimiento como apéndice inercial. Hasta ahora se ha estudiado el aporte de la cola modelando el cuerpo del Chita como un cubo y el movimiento a lo largo de una curva, sin preocuparse del movimiento realizado por el cuerpo del animal y que este principalmente zigzaguea al perseguir a su presa. En el presente trabajo se propone que el Chita, dado que realiza maniobras de persecución a altas velocidades que involucran movimientos rápidos del cuerpo, entonces la cola debe otorgar eficiencias mecánicas al giro del cuerpo realizando torques en el sentido contrario, ya que al momento de maniobrar las patas delanteras y traseras presentan un cambio rotacional independiente sobre el eje axial (roll) el que estaría facilitado por el movimiento de la cola. El objetivo principal corresponde a determinar el aporte cuantitativo y cualitativo del movimiento de la cola sobre sobre las capacidades locomotoras de Acinonyx jubatus (Chita). Como objetivos específicos se encuentran confeccionar un modelo cinético y cinemático del Chita para establecer la relación entre el movimiento relativo de la cola respecto al movimiento del tren delantero y trasero del Chita y determinar la importancia del movimiento de la cola sobre el movimiento del animal. La metodología consta del desarrollo del modelo del Chita como un cuerpo rígido de tres piezas, representando el tren delantero, trasero y la cola, donde se estudia la cola como elemento que conserva el momentum angular. Definiendo una trayectoria para el tren delantero, se analiza el modelo en distintos casos: primero un modelo que no presenta cola, en donde el tren trasero compensa el movimiento del tren delantero; segundo, un modelo donde el tren trasero se mantiene estático y es la cola quien compensa la rotación del tren delantero; y el tercer caso, el cual tiene los tres cuerpos, tren delantero, tren trasero y cola, junto con un acople en forma de resorte y amortiguador torsional entre el tren delantero y trasero. Se resuelve el tercer caso mediante integración numérica iterando el valor del resorte y amortiguador hasta que la solución sea semejante a la observada en la referencia; a partir de propiedades mecánicas de los músculos y tendones del chita, mediante la teoría de mecánica de sólidos, se aproxima la resistencia elástica del cuerpo del animal que es comparado con el valor del resorte obtenido mediante iteración. Como resultado de nuestro análisis se identifica el aporte cualitativo de la cola como un elemento que ayuda a la maniobrabilidad del animal al conservar el momentum angular del cuerpo, además, se obtiene el resultado cuantitativo del aporte de la cola que depende directamente de las variables del acople entre el tren delantero y tren trasero. El movimiento de la cola puede amortiguar completamente el movimiento del tren delantero, pero si el chita no tiene cola, la compensación al movimiento del tren delantero se realiza ejerciendo mayor esfuerzo sobre el tren trasero. Finalmente el análisis de las propiedades mecánicas del cuerpo del chita resulta similar a las propiedades cinemáticas de la iteración, con una diferencia menor al 15%.