¿Cómo bailan juntas las dunas de arena? A una distancia segura

La investigación es reconocida con un premio Sociedad Americana de Física en el campo de la dinámica de fluidos se publicó hace algún tiempo en Physical Review Letters (aquí Y aquí(Repaso físico de fluidos)aquí).

El estudio fue realizado por el Dr. Pasek, que ahora trabaja en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. Investigación de dunas de arena Como parte de su tesis doctoral en la Universidad de Cambridge.

Donde hay arena, hay dunas

Las dunas de arena (montañas de arena) se forman no solo por el viento en los desiertos o las costas, sino también como resultado del movimiento del agua, en el fondo de los ríos, bahías u océanos. También se pueden encontrar dunas de arena en las superficies de otros cuerpos celestes: Marte, Venus y Titán (la luna de Saturno). Hay pequeñas dunas de arena, por ejemplo ondulaciones en la arena de la orilla de una playa, pero también hay grandes dunas de decenas de metros de altura en los desiertos o en el fondo de las bahías.

Arena movediza

Algunas dunas quedan atrapadas en su ubicación, por ejemplo aquellas cubiertas por vegetación, una condición común en la costa polaca. También hay dunas que se mueven debido al agua o al viento, pero a veces en una dirección y otras en la otra, por lo que no hay una tendencia clara en su movimiento (como la aparición de ondulaciones en la orilla del mar). Sin embargo, también hay dunas de Barchan, que se mueven en forma de media luna. Aparecen en desiertos, en el fondo de los mares o en bahías.

Reglas de movimiento de arena.

El Dr. Karol Pasek, en una entrevista con Nauka w Polsce, menciona que algunas de las reglas que describen el movimiento de las dunas de arena ya se conocían. Por ejemplo, si una duna de arena tiene forma de media luna, los ángulos de la media luna indican la dirección en la que sopla el viento. También se sabe que las dunas más pequeñas se mueven más rápido que las más grandes. La velocidad de las dunas de arena depende de la velocidad del viento. Otro hecho bien conocido es que en las dunas de arena sólo se mueve la arena de la superficie. Pero a medida que cada trozo de duna alcanza esta superficie con el tiempo, toda la duna generalmente se mueve como resultado.

Sin embargo, no se sabía del todo qué sucede cuando hay más dunas, es decir, cómo se ve el movimiento de muchas dunas. Pero las dunas de arena no son criaturas solitarias en absoluto. De hecho, pueden crear campos de dunas enteros. Las interacciones que pueden ocurrir entre las dunas de arena aún no se han explorado a fondo.

Arena en cualquier condición.

Modelar el movimiento de la arena no es matemáticamente trivial, porque la arena, dependiendo de las condiciones, puede comportarse como si estuviera en diferentes estados de la materia. Puede ser como un material sólido; por eso se pueden construir castillos con él; Como un líquido, por eso la arena seca toma la forma de los recipientes en los que se vierte; Asimismo, las nubes de arena gaseosas procedentes del Sahara podrían llegar incluso a Europa.

Modelar el comportamiento de la arena, que a veces se asemeja a un sólido, a veces a un líquido y a veces a una nube de polvo, puede ser una cuestión matemáticamente compleja. Esto se puede ver, por ejemplo, en la parte del nacimiento de Sandman en «Spider-Man 3», donde los animadores tuvieron que afrontar un gran desafío para preparar una escena creíble del nacimiento del héroe en la arena.

El viento corre entre las dunas de arena.

Puede parecer que todas las dunas se empujan de la misma manera, por lo que todas deberían deslizarse hasta el suelo a la misma velocidad. Y aquí es donde la aerodinámica juega su papel.

Dunas de arena 2

La cuestión es cómo se comporta el viento o el agua una vez superada la duna. Resulta que bajar una colina de arena perturba tanto el movimiento agua/aire que se crean turbulencias en la siguiente duna: «Mientras la arena fluye tranquilamente en la primera duna, en la siguiente casi hierve», dice Karol Pasek. . Esto hace que el viento mueva la arena más rápido hacia la siguiente duna. Como resultado, con el tiempo, las montañas de arena se alejan unas de otras.

Se puede decir que la duna que huye tiene el viento en sus alas, y el que la persigue tiene la arena en los ojos.

Dunas de Ozka y Ozka

La primera duna golpeada por el viento/agua se mueve en la misma dirección independientemente de si hay otras detrás de ella. Sin embargo, la siguiente duna (la del lado de sotavento) acelera hasta situarse a una distancia «segura» de la duna anterior. «El empuje en las dunas se puede comparar, simplemente, con los conductores que intentan mantener distancias seguras en una fila de autos», dice Bajek.

El científico no sólo diseñó y realizó experimentos sobre múltiples dunas de arena que se mueven en una dirección y cómo las dunas superan los obstáculos, sino que también preparó una descripción matemática de este movimiento.

Las dunas de arena se secaron en un tambor.

La experiencia en sí está diseñada de una manera interesante. Investigadores de Cambridge – del equipo del Prof. Nathalie Friend – desarrolló la máquina de dunas, una máquina para producir dunas de arena. Se construyó un gran acuario de forma cilíndrica, pero el agua sólo formaba un fino anillo alrededor de su circunferencia. El flujo de agua se aceleró a una velocidad constante alrededor del cilindro. Se colocaron dos montículos de bolas de vidrio en el fondo del tanque -arena de modelado- y se observó cómo cambiaban su forma y posición con el tiempo.

Materiales de vídeo. En el que se muestra el instrumento de viento diseñado para el experimento. Fuente: Carol Pasek, Natalie Friend

De esta manera inteligente fue posible monitorear continuamente la interacción entre dos dunas de arena del mismo tamaño. Resulta que si colocas dunas de arena a cierta distancia unas de otras, con el tiempo se alejarán unas de otras hasta quedar cada una en el extremo opuesto del cilindro.

El investigador también observó lo que sucede en las dunas de arena cuando las dunas son de diferentes tamaños. Las dunas pequeñas generalmente se mueven más rápido que las más grandes. Entonces la pregunta es si es posible hacer que una duna alcance a la otra. Resulta que si una duna más pequeña persigue a una duna más grande, la duna más grande, para «escapar» de la duna más pequeña, pierde arena, que luego pasa a formar parte de la duna «perseguida», pero sólo hasta que el tamaño de ambas dunas aumenta. igual.

Dunas de arena cruzando Aqaba

En su movimiento, las dunas de arena a veces invaden áreas u objetos importantes para los humanos. Cruzan carreteras, cubren oleoductos y llegan a las ciudades. Sería útil obtener una descripción del movimiento de estos cuerpos de arena y predecir cómo interactuarán con el medio ambiente.

La Dra. Carol Pasek también describió cómo las dunas de arena superan los obstáculos que encuentran en el camino. No estaba claro.

Las dunas de arena enfrentan muchos obstáculos en su camino. Por ejemplo tuberías. Carol Pasek dio una descripción matemática de la interacción de las dunas de arena con diversos obstáculos. El vídeo muestra un experimento con dunas de arena que demuestra cómo las dunas submarinas afectan los obstáculos circulares..

Capítulo – La ciencia en Polonia, Ludwik Tomal

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