Obstáculos sólidos pueden reducir la carga hidrodinámica durante la entrada en el agua
Sorprendentes hallazgos sobre la física de la entrada en el agua podrían conducir a un diseño más inteligente de los buques
Innumerables veces al día las aves marinas capturan a sus presas desde el océano, las embarcaciones entran al agua desde tierra firme y los hidroaviones aterrizan suavemente en medio de las olas.
El fenómeno de los objetos que entran en el agua es frecuente, aunque sigue siendo difícil comprender por completo la física de la entrada en el agua, especialmente cuando se trata de casos en los que un objeto sólido ingresa en un cuerpo de agua que contiene otros objetos sólidos, como una gaviota que se zambulle en un parcela rocosa del mar.
Un equipo de investigadores de la NYU Tandon School of Engineering está explorando esta área de investigación relativamente intacta y ha publicado una serie de sorprendentes hallazgos que pueden conducir a estrategias para minimizar la tensión de la entrada de agua en embarcaciones marinas, hidroaviones y cápsulas de tripulación espacial diseñadas para el aterrizaje de agua.
"Muchos estudios sobre la entrada en el agua pasan por alto la presencia de objetos sólidos, estacionarios, como hielo o rocas en el agua, y está claro que estos elementos pueden afectar los objetos que entran al agua y cambiar la física del impacto", dijo Maurizio Porfiri, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en NYU Tandon y autor principal del artículo.
Porfiri y sus colaboradores en el Laboratorio de Sistemas Dinámicos crearon un experimento utilizando una cuña sólida que se sumerge en un tanque de agua que contiene un cilindro de flotación neutra. Los sensores en la configuración midieron la aceleración, la presión y la profundidad, y el equipo utilizó la velocimetría de imágenes de partículas para visualizar el flujo y medir la velocidad de los chorros de agua producidos por la cuña al golpear el agua. Los análisis revelaron que la presencia del cilindro en el agua cambió drásticamente la física del impacto en la cuña de maneras inesperadas.
Para sorpresa de los investigadores, notaron una disminución de la presión en el apilamiento, la región del fluido donde se produce un chorro de alta velocidad cuando la cuña cae, en el lado de la cuña más cercana al cilindro. Porfiri y el equipo atribuyeron esta disminución al líquido de contención del cilindro en ese lado, de modo que se desplazó menos agua al impactar.
Sin embargo, en un hallazgo contradictorio, el equipo notó un aumento en la presión hacia la quilla de la cuña, lo que indica un efecto rico y complejo del cilindro. Se necesitan más estudios para conciliar estos hallazgos contradictorios, pero los investigadores señalan la importancia de continuar explorando la interacción entre los artículos estacionarios en el agua y los objetos que ingresan al agua.
"Está claro que hay interacciones simpáticas entre estos objetos, y a medida que comprendemos mejor de ellos, puede conducir a diseños y materiales que mitiguen parte de la presión sobre los barcos marinos que viajan en aguas ocluidas, especialmente aquellos que exploran y navegan regiones polares como los rompehielos", dijo Porfiri.
Artículo científico: Solid obstacles can reduce hydrodynamic loading during water entry
