La flexibilidad, secreto de la naturaleza

D¨®blate, no te rompas. Mediante un experimento realizado con pel¨ªcula jabonosa y una fibra de vidrio corta, f¨ªsicos y matem¨¢ticos de la Universidad de Nueva York han descubierto algunos de los principios subyacentes que permiten a un sauce soportar fuertes r¨¢fagas de viento. Los mismos investigadores demostraron hace dos a?os por qu¨¦ las banderas ondean al viento. "Las estructuras naturales tienden a ser m¨¢s flexibles que las que nosotros construimos", afirma Steven Vogel, pionero en estos estudios. "Nosotros construimos con un criterio de rigidez. La naturaleza tiende a establecer un criterio de solidez. Normalmente hace falta menos material".

Las primeras observaciones permitieron a los cient¨ªficos describir en t¨¦rminos generales lo que ocurr¨ªa, pero no las ecuaciones ocultas en la ingenier¨ªa natural. Los investigadores de la Universidad de Nueva York -Jun Zhang, f¨ªsico; Michael Shelley, matem¨¢tico, y Silas Alben, estudiante de doctorado- idearon un experimento para estudiar una versi¨®n muy simplificada de la din¨¢mica. "As¨ª tenemos un ejemplo en el que podemos decir precisamente lo que est¨¢ sucediendo", afirma Shelley.

En el experimento un tanque lanzaba hacia abajo una corriente fija de agua jabonosa a lo largo de dos hilos verticales. Separando los hilos se produc¨ªa una pel¨ªcula jabonosa que se deslizaba entre ellos a una velocidad ajustable, que variaba entre los 45 y los 304 cent¨ªmetros por segundo. En experimentos realizados en 2000, estos investigadores colocaron un hilo de seda en la corriente para simular el movimiento de una bandera. Hasta ese momento, la mayor¨ªa de los cient¨ªficos hab¨ªa pensado -como lord Rayleigh hab¨ªa propuesto en 1879- que era inevitable que ondeara, a causa de los r¨¢pidos cambios en la velocidad del aire que fluye a ambos lados de la bandera. El equipo de la Universidad de Nueva York demostr¨® que a velocidades bajas el hilo de seda se manten¨ªa recto. A velocidades mayores, el hilo ondeaba a un lado y a otro siguiendo un patr¨®n fijo.

En los experimentos m¨¢s recientes, los investigadores colocaron de trav¨¦s un fragmento corto y flexible de fibra de vidrio en la corriente jabonosa y observaron la curvatura de la fibra y los turbulentos remolinos posteriores. "Podr¨ªamos pensar que es como un trozo de rama de ¨¢rbol", dice Shelley.

Para un s¨®lido expuesto a un flujo, la resistencia [la fuerza ejercida entre el cuerpo y el fluido debido al movimiento del segundo] depende del cuadrado de la velocidad. Si la velocidad se duplica, la resistencia se cuadruplica. Sin embargo, un objeto flexible como la fibra se dobla m¨¢s a medida que aumenta la velocidad de la corriente. Los cient¨ªficos descubrieron que la fibra siempre estaba en el l¨ªmite entre el flujo suave y los remolinos turbulentos, e independientemente de su longitud o di¨¢metro o de la velocidad de la corriente, la curvatura siempre segu¨ªa una forma universal.

"Est¨¢ recortando la secci¨®n transversal que presenta a la corriente", explica Shelley. "Se consigue una reducci¨®n de la resistencia mayor de lo que pens¨¢bamos". Los hallazgos se han publicado en Nature (5 de diciembre). Futuros experimentos observar¨¢n corrientes que interact¨²an con fibras de diferentes di¨¢metros y otros objetos tridimensionales flexibles. Las fibras m¨¢s largas y delgadas tambi¨¦n deber¨ªan empezar a ondear. Los investigadores piensan tambi¨¦n comprobar la din¨¢mica de fluidos de un pez cebra cuando nada. "Tenemos mucho que aprender de la naturaleza", dijo Vogel. "Y para ello lo ideal ser¨ªa disponer de un bi¨®logo experimental que tome mediciones y un f¨ªsico que explique cu¨¢l podr¨ªa ser el principio general aplicable".

En otros experimentos en t¨²neles de viento, Vogel y Shelley A. Etnier (Universidad de Carolina del Norte) han descubierto que algunas plantas como los narcisos no s¨®lo se doblan, sino que tambi¨¦n giran.