Innumerables veces al día las aves marinas se zambullen para atrapar presas del océano, los barcos entran al agua desde tierra firme, y los hidroaviones aterrizan suavemente entre las olas. El fenómeno de los objetos que entran en el agua es común, Sin embargo, una comprensión completa de la física de la entrada de agua sigue siendo difícil de alcanzar, especialmente en lo que respecta a casos en los que un objeto sólido entra en una masa de agua que contiene otros objetos sólidos, como una gaviota que se zambulle en una zona rocosa del mar.

Un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería de NYU Tandon está explorando esta área de investigación relativamente intacta y ha publicado una serie de hallazgos sorprendentes que pueden conducir a estrategias para minimizar la tensión de entrada de agua en embarcaciones marinas. hidroaviones, y cápsulas de tripulación espacial diseñadas para aterrizaje en el agua.

"Muchos estudios sobre la entrada de agua pasan por alto la presencia de sólidos, objetos estacionarios como hielo o rocas en el agua, y está claro que estos elementos pueden afectar a los objetos que ingresan al agua y cambiar la física del impacto, "dijo Maurizio Porfiri, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en NYU Tandon y autor principal del artículo "Los obstáculos sólidos pueden reducir la carga hidrodinámica durante la entrada de agua, "que aparece en la revista Fluidos de revisión física . Los colaboradores de Porfiri incluyen a la miembro adjunta de la facultad de NYU Tandon Ghania Benbelkacem, en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, y Mohammad Jalalisendi, un recién graduado de doctorado en el grupo de Porfiri.

Porfiri y sus colaboradores en el Laboratorio de Sistemas Dinámicos crearon un experimento utilizando una cuña sólida que se sumerge en un tanque de agua que contiene un cilindro de flotación neutra. Los sensores en la configuración midieron la aceleración, presión, y profundidad, y el equipo utilizó velocimetría de imágenes de partículas para visualizar el flujo y medir la velocidad de los chorros de agua producidos por la cuña cuando golpea el agua. Los análisis revelaron que la presencia del cilindro en el agua cambió drásticamente la física del impacto en la cuña de formas inesperadas.

Para sorpresa de los investigadores, notaron una disminución en la presión en el amontonamiento —la región del fluido donde se produce un chorro de alta velocidad cuando la cuña aterriza— en el lado de la cuña más cercano al cilindro. Porfiri y el equipo atribuyeron esta disminución al cilindro que confina el fluido en ese lado, de modo que se desplazó menos agua con el impacto. Sin embargo, en un hallazgo contradictorio, el equipo notó un aumento en la presión hacia la quilla de la cuña, indicando un rico, efecto complejo del cilindro. Se necesitan más estudios para reconciliar estos hallazgos contradictorios, pero los investigadores señalan la importancia de continuar explorando la interacción entre los elementos estacionarios en el agua y los objetos que ingresan al agua.

"Está claro que existen interacciones simpáticas entre estos objetos, y a medida que los comprendamos mejor, puede dar lugar a diseños y materiales que mitiguen parte de la tensión de las embarcaciones marinas que viajan en aguas ocluidas, especialmente aquellos que exploran y navegan las regiones polares, "dijo Porfiri.