Solución a un enigma de 140 años sobre la mecánica de fluidos

Actualizado: jueves, 8 octubre 2015 10:55

   MADRID, 8 Oct. (EUROPA PRESS) -

   Un investigador de la Universidad de Purdue ha resuelto un enigma de 140 años sobre la mecánica de fluidos: ¿Por qué una fórmula simple describe la física aparentemente compleja del comportamiento de las partículas elípticas en líquidos?

   Los resultados tienen implicaciones potenciales para la investigación y la industria, porque las nanopartículas elipsoides se encuentran en diversas aplicaciones, incluyendo aquellas que involucran productos farmacéuticos, alimentos y cosméticos.

   Como una esfera, los elipsoides alargados se someten al "movimiento del cuerpo rígido" cuando se sumergen en un fluido, lo que significa que no se deforman mientras se mueven de lado a lado y rotan. Sin embargo, debido a que un elipsoide no es perfectamente esférico, es contrario a la intuición que su movimiento de cuerpo rígido en un fluido pueda describirse utilizando la misma expresión matemática sencilla que las esferas.

   "En general, se puede esperar una expresión muy complicada porque un elipsoide no es una esfera perfecta," dijo Sangtae Kim, un distinguido profesor en la Escuela de Ingeniería Química de Purdue.

   Sin embargo, ese no es el caso, un dilema sobre el que Kim ha estado reflexionando desde sus días como estudiante universitario en la década de 1970.

   En 1964, el ingeniero químico del Instituto de Tecnología de Massachussetts (MIT) Howard Brenner escribió un artículo que muestra las matemáticas detrás de la fórmula simple, pero necesitó páginas de cálculos complejos para llegar a ese resultado.

   "El doctor Brenner destacó esta simplicidad", dijo Kim. "Pero la sencillez del resultado sólo puede ser demostrada a través de cinco a diez páginas de álgebra muy desordenada y cálculos. Al final, todo se anula y se obtiene este resultado final muy simple. Es casi como un milagro, que me ha molestado por mucho tiempo."

   Ha resuelto el enigma en un nuevo artículo que aparece en noviembre en un número especial de la revista Industrial & Engineering Chemistry Research.

   El enigma elipsoide se inicia en 1876 y 1892, cuando los científicos describieron cómo un elipsoide se mueve a través del fluido que lo rodea al moverse de lado a lado y rotar, respectivamente, provocando una presión y estrés en la superficie del objeto denominada tracción superficial. Brenner más tarde unificó las matemáticas, tanto para el movimiento de lado a lado como para la rotación.

   La nueva investigación demuestra cómo la interacción de un elipsoide con el fluido puede ser descrita utilizando el mismo tipo de patrón matemático simple que se aplica a las esferas. "El patrón se conoce desde hace 140 años, y la razón subyacente fundamental de por qué este sencillo patrón tiene que ser verdad es hoy evidente debido a este nuevo trabajo publicado", dijo Kim.

   John Anderson, presidente emérito del Instituto de Tecnología de Illinois y profesor de ingeniería química, dijo, que el "estudio del doctor Kim finaliza definitivamente el desarrollo de 140 años de relaciones intrigantes entre las propiedades hidrodinámicas de los elipsoides, relaciones que han demostrado ser de gran valor para los teóricos que tratan de modelar el movimiento de las partículas en una corriente de líquidos y campos eléctricos".

 

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