Resolvió un problema de física de 127 años en papel y demostró que podían existir estelas de barco descentradas. Cinco años después, los experimentos prácticos le dieron la razón.

"Ver las imágenes aparecer en la pantalla de la computadora fue el mejor día de trabajo que he tenido, "dice Simen Ådnøy Ellingsen, profesor asociado en el Departamento de Energía e Ingeniería de Procesos de NTNU.

Ese fue el día en que Ph.D. el candidato Benjamin Keeler Smeltzer y el estudiante de maestría Eirik Æsøy habían demostrado en el laboratorio que Ellingsen tenía razón y le habían enviado las fotos del experimento. Hace cinco años, Ellingsen había desafiado el conocimiento aceptado de 1887, armado con lápiz y papel, y ganó.

Resolvió un problema relacionado con el llamado Kelvinangle en las estelas de botes, que no ha sido cuestionado durante 127 años. La estela del barco es el patrón en forma de V que hace un barco o una canoa cuando se mueve por el agua. Indudablemente has visto uno en algún momento.

39 grados

Durante mucho tiempo se ha asumido que el ángulo de la estela en forma de V detrás de un barco debe ser siempre justo por debajo de los 39 grados. siempre que el agua no sea demasiado poco profunda. Independientemente de si está detrás de un superpetrolero o de un pato, esto debería ser siempre cierto. O no. Porque como tantos hechos aceptados, esto resulta estar mal, o al menos no siempre es el caso. Ellingsen mostró esto.

"Para mi, era un campo totalmente nuevo, y nadie me dijo que era duro "Ellingsen explicó cuando hizo su descubrimiento por primera vez.

Las estelas de los barcos pueden tener un ángulo completamente diferente en determinadas circunstancias, e incluso puede estar descentrado con respecto a la dirección del barco. Esto puede suceder cuando hay diferentes corrientes en diferentes capas de agua, conocido como flujo cortante. Para flujo de cizallamiento, La teoría de Kelvin sobre las estelas de los barcos no es aplicable.

"Se necesitó el genio de personas como Cauchy, Poisson y Kelvin para resolver estos problemas de ondas por primera vez, incluso para el caso más simple de aguas tranquilas sin corrientes. Es mucho más fácil para nosotros descubrir los casos más generales más adelante, como lo hemos hecho aquí, "Explica Ellingsen.

Anillos oblongos

Las ondas de anillo también actúan de forma extraña en determinadas circunstancias. Si arrojas un guijarro a un lago en un apacible día de verano, el patrón de onda será perfecto, círculos concéntricos. Pero no si hay flujo de cizallamiento. Luego, los anillos pueden convertirse en óvalos. Ellingsen también predijo esto, expandiendo la teoría de Cauchy y Poisson a partir de 1815.

"Después de que hice los primeros cálculos, Estaba en una playa en los Países Bajos viendo el agua fluir de regreso después de una ola. Hice unos anillos en el agua y tomé algunas fotos. Mirándolos más tarde los anillos me parecían oblongos, y me emocioné bastante. Eso no era ciencia por supuesto, ¡pero ahora lo es! ", dice Ellingsen.

La investigación de laboratorio respalda los cálculos

Así fue como Ellingsen terminó en la portada de la Revista de mecánica de fluidos . Pero todos sus cálculos se habían hecho en papel, y aún no se había observado empíricamente.

Ahora, sin embargo, hay investigaciones de laboratorio para respaldar su trabajo, gracias al Ph.D. candidato y estudiante de maestría que pudieron realizar experimentos en un tanque de investigación especialmente desarrollado, con Ellingsen como supervisor.

Eirik Æsøy tiene experiencia como técnico, lo que ahorró tiempo y dinero en la construcción del laboratorio. Se necesitaron unos seis meses para poner todo en funcionamiento.

"Æsøy y yo configuramos todo el equipo para crear las corrientes que necesitábamos, ", Explica Smeltzer. Sus resultados también se han publicado en el Revista de mecánica de fluidos .

"Es bastante notable que los experimentos de nuestra pequeña cuenca de olas se estén publicando allí, "dice Smeltzer.

Aplicaciones prácticas

Los resultados de su investigación sobre el ángulo de Kelvin podrían tener consecuencias prácticas reales, como ayudar potencialmente a reducir el consumo de combustible en los barcos. Una gran parte del combustible de los barcos se destina a hacer olas.

"El consumo de combustible puede duplicarse si el barco viaja río abajo en comparación con río arriba, "Dijo Ellingsen.

Estos cálculos se basan en las corrientes en la desembocadura del río Columbia en Oregon en los EE. UU. Aquí las corrientes son fuertes y los barcos muchos.

Por lo tanto, la investigación en barcos y barcos en diferentes corrientes es importante para cualquier persona interesada en reducir el consumo de combustible y, en consecuencia, emisiones.

Barco estela frente al barco

Ellingsen insiste en que sus resultados no refutan la teoría de Kelvin, sólo extiéndalo. El ángulo de Kelvin sigue siendo válido siempre que no haya capas de corriente debajo de la superficie cuando el agua es profunda.

Pero tan pronto como hay movimiento entre capas de agua, para que diferentes capas se muevan a diferentes velocidades, el ángulo cambia. A veces por mucho. En teoria, con corrientes extremadamente fuertes que se mueven perpendicularmente a la dirección del barco, la estela en realidad puede terminar frente al bote por un lado.

"Entonces probablemente deberías ir a navegar a otro lugar, "dice Ellingsen.