Debajo de la superficie de ríos y arroyos, las plantas acuáticas se balancean con la corriente, desempeñando un papel invisible pero vital en la vida de la vía fluvial. A través de una nueva serie de experimentos que modelan estas ondulaciones submarinas, los investigadores han medido cómo se simulan las curvas actualesplantas y las fuerzas de arrastre ejercidas sobre ellas. El análisis es importante para una mejor gestión y comprensión de estos sistemas acuáticos, y potencialmente incluso para dispositivos de recolección de energía.
Ocultas en el abismo acuoso, las plantas reducen el flujo, evitan la erosión y son importantes para el transporte de sedimentos, para la calidad del agua y como hábitats para plantas y animales. Para los científicos que desean comprender mejor estos ríos y ecosistemas, y para la tierraLos gerentes que desean garantizar la salud de estos entornos, es vital saber cómo afecta físicamente el flujo de agua a las plantas.
Una corriente que es demasiado fuerte, por ejemplo, puede romper, desarraigar y matar la vegetación. Conocer las fuerzas que se ejercen puede ayudar a los administradores de la tierra a determinar cómo desviar el flujo y proteger las plantas. Las mediciones de las fuerzas de arrastre también podrían informar simulaciones por computadoraque modelan la mecánica de fluidos y la dispersión de químicos y nutrientes importantes alrededor de las plantas.
Sin embargo, investigaciones anteriores solo analizaron estas fuerzas en una sola planta u hoja, descubriendo que se deforma y se dobla para reducir las fuerzas. Pero los estudios ignoran el efecto de las plantas vecinas en las colonias acuáticas.
"Las fuerzas eran conocidas para una sola planta, pero no era obvio que podría haber fuertes interacciones entre plantas individuales cuando se colocan en una matriz bajo el agua", dijo Delphine Doppler, físico de la Universidad de Lyon en Francia.
Ahora, por primera vez, Doppler y sus colegas han estudiado la fuerza de arrastre experimentada por una planta individual en su colonia. En particular, han examinado cómo la fuerza depende del espacio entre plantas y cómo la deformación de la planta depende del flujovelocidad y tamaño de la planta. Describen su análisis en Physics of Fluids de esta semana, de AIP Publishing.
En sus experimentos, los investigadores modelaron plantas usando tiras de plástico flexible de 10, 15 y 20 milímetros de ancho y 60 milímetros de alto. Las tiras se alinearon y colocaron en un tanque de agua inclinado que permite un flujo controlado por una pendiente. Uso de cámarasy al conocer la inclinación del tanque, los investigadores pudieron determinar cómo el agua empuja las plantas simuladas.
Descubrieron que incluso cuando están rodeados de otros, una tira se dobla de la misma manera que si estuviera sola. La fuerza de arrastre, por otro lado, disminuye a medida que los investigadores colocan las tiras más juntas. Las tiras cercanas bloquean parte del flujo, reduciendo la fuerza entre sí. Por lo tanto, las plantas individuales en un dosel acuático denso no necesitan deformarse tanto como una sola planta, para evitar daños graves por las fuertes corrientes. Sin embargo, cuando la distancia entre las franjas es aproximadamente cuatro veces mayor que su ancho, este efecto de detección desaparece. Del mismo modo, el coeficiente de arrastre, un número que cuantifica la fuerza de la fuerza de arrastre, aumenta linealmente a medida que las tiras se separan más. El coeficiente aumenta hasta que la distancia es, de nuevo, aproximadamente cuatro veces el ancho de la tira.
El nuevo análisis podría ayudar a los ingenieros que están diseñando dispositivos que convierten la energía de los fluidos en movimiento en electricidad. Estos dispositivos usan el mismo tipo de plástico flexible que imita las plantas que se balancean.
El siguiente paso, dice Doppler, es estudiar los movimientos de las olas entre la punta de las plantas y la superficie del agua. El flujo en esta región juega un papel importante en el intercambio de productos químicos y nutrientes entre las plantas y el agua.
Sin duda, la configuración experimental es un escenario idealizado, ya que la mayoría de las plantas en los ríos no son franjas rectangulares alineadas a distancias uniformes entre sí. Aún así, dice Doppler, los resultados generales: la reducción en la flexión y cómo la densidadde las colonias acuáticas afecta la fuerza de arrastre: debe mantenerse en casos más realistas y proporcionar un buen punto de partida para simulaciones más realistas de lo que sucede en las profundidades del río.
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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