La flexibilidad, secreto de la naturaleza

Dóblate, no te rompas. Mediante un experimento realizado con película jabonosa y una fibra de vidrio corta, físicos y matemáticos de la Universidad de Nueva York han descubierto algunos de los principios subyacentes que permiten a un sauce soportar fuertes ráfagas de viento. Los mismos investigadores demostraron hace dos años por qué las banderas ondean al viento. "Las estructuras naturales tienden a ser más 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 científicos describir en términos generales lo que ocurría, pero no las ecuaciones ocultas en la ingeniería natural. Los investigadores de la Universidad de Nueva York -Jun Zhang, físico; Michael Shelley, matemático, y Silas Alben, estudiante de doctorado- idearon un experimento para estudiar una versión muy simplificada de la dinámica. "Así tenemos un ejemplo en el que podemos decir precisamente lo que está 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 producía una película jabonosa que se deslizaba entre ellos a una velocidad ajustable, que variaba entre los 45 y los 304 centímetros 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 mayoría de los científicos había pensado -como lord Rayleigh había propuesto en 1879- que era inevitable que ondeara, a causa de los rápidos cambios en la velocidad del aire que fluye a ambos lados de la bandera. El equipo de la Universidad de Nueva York demostró que a velocidades bajas el hilo de seda se mantenía recto. A velocidades mayores, el hilo ondeaba a un lado y a otro siguiendo un patrón fijo.

En los experimentos más recientes, los investigadores colocaron de través 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. "Podríamos pensar que es como un trozo de rama de árbol", dice Shelley.

Para un sólido 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 más a medida que aumenta la velocidad de la corriente. Los científicos descubrieron que la fibra siempre estaba en el límite entre el flujo suave y los remolinos turbulentos, e independientemente de su longitud o diámetro o de la velocidad de la corriente, la curvatura siempre seguía una forma universal.

"Está recortando la sección transversal que presenta a la corriente", explica Shelley. "Se consigue una reducción de la resistencia mayor de lo que pensábamos". Los hallazgos se han publicado en Nature (5 de diciembre). Futuros experimentos observarán corrientes que interactúan con fibras de diferentes diámetros y otros objetos tridimensionales flexibles. Las fibras más largas y delgadas también deberían empezar a ondear. Los investigadores piensan también comprobar la dinámica de fluidos de un pez cebra cuando nada. "Tenemos mucho que aprender de la naturaleza", dijo Vogel. "Y para ello lo ideal sería disponer de un biólogo experimental que tome mediciones y un físico que explique cuál podría ser el principio general aplicable".

En otros experimentos en túneles de viento, Vogel y Shelley A. Etnier (Universidad de Carolina del Norte) han descubierto que algunas plantas como los narcisos no sólo se doblan, sino que también giran.