Inspirados por la necesidad de proteger a los animales marinos y promover soluciones sostenibles dentro de los entornos marinos, un equipo interdisciplinario de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita y la Universidad de Sofía en Bulgaria están profundizando en la hidrodinámica de los objetos flotantes en el aire-agua. interfaz.

Al estudiar estas dinámicas, su objetivo es ampliar la comprensión de la hidrodinámica de fluidos y las interacciones complejas de la superficie, y avanzar en campos como el diseño y el rendimiento de los sistemas de ingeniería marina, los sistemas de boyas y los vehículos submarinos.

En Physics of Fluids, de AIP Publishing, el equipo presenta un estudio de la dinámica de esferas flotantes (piense en piedras que saltan) en la interfaz aire-agua. Su trabajo reveló una hidrodinámica compleja involucrada en la formación de cavidades de aire horizontales y la transición entre flotar y saltar.

El estudio de la fluídica y la física dentro del contexto de la flotabilidad involucra varios principios clave : flotabilidad, hidrodinámica, resistencia de fluidos y un número de Reynolds.

La flotabilidad se refiere a la fuerza hacia arriba ejercida sobre un objeto sumergido dentro de un fluido, mientras que la hidrodinámica se enfoca en el movimiento del fluido y sus interacciones con los objetos sólidos.

La resistencia de fluidos, o arrastre, ocurre cuando un objeto que se mueve a través de un fluido experimenta resistencia debido a la fricción entre su superficie y el fluido. Esta resistencia depende de factores como la forma, el tamaño, la velocidad y las propiedades del fluido de un objeto.

Para analizar más a fondo el comportamiento de los fluidos, los científicos utilizan un parámetro adimensional, un número de Reynolds, para determinar el tipo de flujo alrededor de un objeto.

Uno de los hallazgos clave del equipo es que a medida que aumentan la fuerza de tracción y la velocidad de las esferas, su comportamiento se vuelve más irregular. « Las esferas exhiben movimientos oscilatorios, se sumergen en el agua, se elevan y perforan la superficie del agua, y se adhieren a las cavidades de aire submarinas en una dirección horizontal », dijo el coautor Farrukh Kamoliddinov de KAUST.

También descubrieron que los ángulos de tracción más grandes dan como resultado diferentes longitudes de cavidad de aire, distancias de salto más grandes y un comportamiento de salida del agua más temprano, lo que significa que el ángulo de tracción juega un papel importante en la configuración de la hidrodinámica de las esferas flotantes.

Y la cavidad mantiene un movimiento horizontal constante a una velocidad constante durante una cierta distancia. La formación de la cavidad de aire exhibe características distintivas, que incluyen una forma de ala invertida y una estela turbulenta detrás de ella. Este movimiento horizontal constante y controlado de la cavidad proporciona información sobre dinámicas de fluidos complejas y abre la puerta a más exploración y aplicaciones.

« Comprender la dinámica de la esfera flotante y la formación de cavidades puede inspirar nuevos diseños e innovaciones en campos más allá de la ingeniería marina », dijo Kamoliddinov. « Potencialmente puede conducir a nuevos sistemas de propulsión novedosos, estrategias de reducción de arrastre, sistemas de propulsión fluídica y dispositivos fluídicos que aprovechan las características de las esferas flotantes ».