Inspirado por la necesidad de proteger a los animales marinos y promover soluciones sostenibles en los entornos marinos, un equipo multidisciplinario de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita y la Universidad de Sofía en Bulgaria está profundizando en la hidrodinámica de los objetos flotantes en el aire y el agua. . interfaz de usuario.
Al estudiar estas dinámicas, su objetivo es ampliar la comprensión de la dinámica de fluidos y las interacciones complejas de la superficie, y avanzar en áreas como el diseño y el rendimiento de los sistemas de ingeniería marina, los sistemas de boyas y los vehículos submarinos.
en física de fluidos, el equipo presenta un estudio de la dinámica de los dominios 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 flotabilidad y saltos. El artículo se titula “Salto submarino: hidrodinámica de una pelota flotante en la interfaz aire-agua”.
El estudio de los fluidos y la física en el contexto de la flotabilidad involucra varios principios básicos: flotabilidad, hidrodinámica, resistencia de fluidos y el número de Reynolds.
La flotabilidad se refiere a la fuerza ascendente ejercida sobre un objeto sumergido en un líquido, mientras que la hidrodinámica se enfoca en el movimiento del líquido y sus interacciones con los cuerpos sólidos.
La resistencia de fluidos, o arrastre, ocurre cuando un objeto que se mueve a través de un fluido encuentra 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 del objeto.
Para analizar más a fondo el comportamiento de los fluidos, los científicos usan un parámetro adimensional, el 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 arrastre y la velocidad de las bolas, su comportamiento se vuelve errático. «Las esferas exhiben movimientos oscilatorios, se sumergen en el agua, se elevan y penetran en la superficie del agua, y conectan las cavidades de aire bajo el agua en una dirección horizontal», dijo el coautor Faruk Kamolidinov de KAUST.
También descubrieron que mayores ángulos de arrastre conducen a diferentes longitudes de cavidad de aire, mayores distancias de salto y un comportamiento de salida del agua más temprano, lo que implica que el ángulo de arrastre juega un papel importante en la configuración de la hidrodinámica de los dominios de flotabilidad.
La cavidad mantiene un movimiento horizontal constante a una velocidad constante durante una cierta distancia. La formación de la cavidad de aire muestra características distintivas, incluida la forma del ala invertida y la 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 para una mayor exploración y aplicaciones.
«Comprender la dinámica del campo flotante y la formación de cavidades puede inspirar nuevos diseños e innovaciones en áreas más allá de la ingeniería marina», dijo Kamolidinov. «Podría conducir a nuevos sistemas de propulsión novedosos, estrategias de reducción de la resistencia, sistemas de propulsión fluídica y dispositivos fluídicos que aprovechen las propiedades de los dominios flotantes».
más información:
Farrukh Kamoliddinov et al, Salto submarino: hidrodinámica de una pelota flotante en la interfaz aire-agua, física de fluidos (2023). DOI: 10.1063 / 5.0153610
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