Al observar cuidadosamente escenas tan simples como las hojas que caen de los árboles o las semillas de diente de león que soplan en el viento, podemos ver diversos "estilos de caída" que incluyen caída, aleteo o espiral.
James Clerk Maxwell realizó algunos de los primeros estudios documentados de objetos en caída libre a mediados de 1800, cuando el físico analizó el movimiento de caída de una placa que cae libremente. Pero aún queda mucho por saber sobre el fenómeno.
El trabajo de Maxwell inspiró a un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur y la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing en China para llevar a cabo un estudio numérico para explorar los patrones realizados por las placas rectangulares 2D que caen libremente dentro del agua. Informan sus hallazgos esta semanaen Física de fluidos , de AIP Publishing.
El objetivo del equipo era ver y determinar los patrones regulares de caída libre de las placas, identificar los parámetros que los influyen y descubrir por qué las placas no siempre caen de la misma manera cada vez.
"Dado que queremos rastrear el movimiento de un objeto que cae, el campo de flujo alrededor del objeto también necesitaba ser explorado", dijo Yan Wang, un científico investigador que trabaja en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Singapur ".Para ello, utilizamos la dinámica de fluidos computacional, una rama de la mecánica de fluidos que utiliza análisis numéricos y algoritmos para resolver y analizar problemas de flujo en supercomputadoras ".
En particular, el grupo aprovechó un "nuevo solucionador de flujo de Boltzmann de celosía con límites inmersos" para poder realizar simulaciones numéricas de los objetos que caen libremente dentro de un dominio infinitamente grande. Otro concepto clave involucrado en su trabajo es el movimiento de un rígidocuerpo y aerodinámica inestable.
"Esto nos permitió estudiar los parámetros clave que rigen los patrones de las placas que caen y construir un diagrama de fases para clasificarlos", dijo Wang. "Nuestro hallazgo más importante es que las frecuencias de aleteo de las placas - oscilaciones inestables -son causadas por una relación lineal con el número de Froude un número adimensional utilizado para indicar qué tan bien funciona un modelo en particular en relación con un sistema real. Y las fuerzas de elevación en las placas de aleteo dependen linealmente del ángulo de ataque en la cúspidecomo un punto de inflexión ". Estos hallazgos sobre las características de la fuerza pueden ayudar a mejorar los diseños de las alas de los vehículos aéreos no tripulados y controlar sus movimientos".
La cinemática y la mecánica involucradas en este fenómeno son relevantes para muchas aplicaciones académicas y de ingeniería, tales como aerodinámica inestable, biomecánica, sedimentología e ingeniería química.
En términos de aplicaciones, el trabajo del grupo se puede usar "para construir modelos de fuerza aerodinámica inestable para objetos que caen o para predecir los estilos de caída de objetos", dijo Wang. "Nuestro trabajo también puede ayudar a reducir las áreas de búsqueda de pertenencias perdidasdentro de cuerpos de agua "
en este momento, "la aerodinámica inestable de los objetos que caen libremente sigue lejos de ser comprendida", agregó. "Y, aunque los patrones de caída de un objeto pueden predecirse, controlar su movimiento de forma activa o pasiva requerirá más estudios".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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