Leif Ristroph, físico y matemático aplicado de la Universidad de Nueva York, estaba realizando experimentos sobre cómo la arcilla se erosiona en respuesta al flujo de agua cuando notó que emergían pequeñas formas que parecían leones sentados; en esencia, versiones en miniatura de la Gran Esfinge de Giza en Egipto. Experimentos adicionales proporcionaron evidencia que respalda una hipótesis de larga data de que los procesos naturales crearon primero una formación terrestre conocida como yardang, después de lo cual los humanos agregaron detalles adicionales para crear la estatua final. Los resultados iniciales se presentaron por primera vez el año pasado como parte de la Galería de Movimiento Fluido de la Sociedad Estadounidense de Física, y esta semana se publicó un artículo completo en la revista Physical Review Fluids.
«Nuestros resultados sugieren que se pueden formar estructuras similares a una esfinge en condiciones bastante comunes», Ristroph et al. escribió en su periódico. «Estos hallazgos difícilmente resuelven los misterios detrás de los yardangs y la Gran Esfinge, pero tal vez nos provocan a preguntarnos qué formas de relieve impresionantes podrían haber encontrado los antiguos en los desiertos de Egipto y por qué podrían haber imaginado una criatura fantástica».
En 2018, el laboratorio de matemáticas aplicadas de Ristroph perfeccionó la receta para soplar la burbuja perfecta basándose en experimentos con películas delgadas de jabón, identificando exactamente qué velocidad del viento se necesita para empujar la película y hacer que forme una burbuja, y cómo depende esa velocidad. en parámetros como el tamaño de la varita. (Quieres una varita circular con un perímetro de 1,5 pulgadas y debes soplar suavemente a una velocidad constante de 6,9 cm/s).
El año pasado, el grupo de Ristroph llevó a cabo una serie de experimentos con aviones de papel para explorar la aerodinámica subyacente, desarrollando un modelo matemático útil para predecir la estabilidad del vuelo. Ya era bien sabido que desplazar el centro de masa da como resultado varias trayectorias de vuelo, algunas más estables que otras.
El equipo verificó esto realizando pruebas de vuelo con varias hojas de papel rectangulares, cambiando el peso frontal agregando una fina cinta metálica a un borde. Si el peso estuviera centrado, o casi, en el centro del ala, la placa revolotearía y daría vueltas erráticamente. Si se desplaza el centro de masa demasiado hacia un borde, la placa caería rápidamente y se estrellaría. El proverbial «punto óptimo» era colocar el peso entre esos extremos. En ese caso, la fuerza aerodinámica sobre el ala del avión empujará el ala hacia abajo si se mueve hacia arriba y empujará el ala hacia arriba si se mueve hacia abajo. En otras palabras, el centro de presión variará con el ángulo de vuelo, asegurando así la estabilidad.
Christine Schultz/Dominio público
Lo más relevante para este último estudio es el artículo de Ristroph de 2020 sobre los llamados «bosques de piedras» comunes en ciertas regiones de China y Madagascar (técnicamente un tipo de topografía kárstica), como el famoso Bosque de Piedras en la provincia china de Yunnan. Realizaron simulaciones y experimentos para explorar las formas interesantes que evolucionan en los paisajes debido a una serie de procesos de «conformación», sobre todo la erosión y la disolución.
Ristroph et al. Llegó a la conclusión de que estas formaciones rocosas puntiagudas son el resultado de la disolución de sólidos en líquidos en presencia de la gravedad, lo que produce flujos convectivos naturales. Las rocas solubles como la piedra caliza, la dolomita y el yeso se sumergen bajo el agua, donde los minerales se disuelven lentamente en el agua circundante. El agua más pesada luego se hunde bajo la fuerza descendente de la gravedad y los flujos forman gradualmente topografías kársticas. Cuando el agua retrocede, emergen los pilares y los bosques de piedra.