En 1940, el puente Tacoma Narrows se derrumbó de manera dramática, girando en el viento antes de romperse y hundirse en el agua debajo. Cuando el viento sopló a través del tramo, el flujo indujo fuerzas laterales oscilantes que ayudaron a derribar el puente, solomeses después de la apertura. Este tipo de oscilación de fuerza lateral también puede dañar antenas, torres y otras estructuras.
Ahora, investigadores de la Universidad Nacional de Seúl y la Universidad de Ajou en Corea del Sur han descubierto que una estructura con una forma helicoidal retorcida y una sección transversal elíptica, inspirada en el tallo de un narciso puede reducir la resistencia y eliminar la fuerza lateralfluctuaciones.
Los investigadores describen sus hallazgos esta semana en Física de fluidos , de AIP Publishing.
Las fuerzas laterales entran en juego cada vez que el viento fluye a través de un objeto alargado, como cuando sacas el brazo por el costado de un automóvil en movimiento. A medida que el aire fluye alrededor de tu brazo, se forman vórtices que salen de la parte superior e inferior de tubrazo de manera alterna. Este desprendimiento de vórtice, como se le llama, imparte fuerzas periódicas en su brazo.
"Inmediatamente sentirá que su brazo se verá obligado a moverse hacia arriba y hacia abajo", explica Haecheon Choi de la Universidad Nacional de Seúl.
Este fenómeno, llamado desprendimiento de vórtices de von Kármán, afecta a cualquier estructura alargada atrapada por el viento o las corrientes de agua, como postes de luz, rascacielos y las largas tuberías verticales utilizadas para perforar petróleo en el mar.
En el caso del puente Tacoma Narrows, la frecuencia de estas fuerzas periódicas golpeó su frecuencia resonante.
"Este desprendimiento de vórtices desencadenó el modo de torsión del puente", dijo Choi, "y finalmente el puente colapsó".
Para encontrar una manera de reducir estas fuerzas, los investigadores buscaron inspiración en la naturaleza. Específicamente, estudiaron la forma de un tallo de narciso, cuya sección transversal retorcida en forma de limón le permite alejarse del viento y proteger sus pétalos.
Los investigadores utilizaron simulaciones por computadora para explorar la dinámica de fluidos alrededor de la forma del tallo del narciso: un cilindro elíptico helicoidalmente torcido. Probaron diferentes variaciones, algunas con secciones transversales más elípticas o con más giros, por ejemplo, en forma suave,flujo de aire laminar o un viento más turbulento.
En ambos casos, la forma del narciso hizo una gran diferencia.
"Algunos cilindros retorcidos helicoidalmente aniquilaron el desprendimiento de vórtices, lo que resultó en una reducción de arrastre y cero fluctuaciones de fuerza lateral", dijo Choi. En comparación con un cilindro redondo, la forma del narciso redujo el arrastre en un 18 y 23 por ciento, respectivamente, para laminar y turbulentoflujos
La geometría única del tallo del narciso podría usarse para diseñar estructuras más estables. Aunque tal forma probablemente no tenga sentido para un puente, podría funcionar para cosas como antenas, postes de luz, chimeneas, tuberías subacuáticas de perforación de petróleo,rascacielos e incluso palos de golf. De hecho, dijo Choi, los investigadores ya tienen una patente para un club de golf helicoidal.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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