WikiCommons

È stata definita la dinamica degli oggetti sferici galleggianti e la formazione di cavità d'aria orizzontali all'interfaccia aria-acqua che permettono di far saltare le pietre quando le lanciamo sull'acqua. Lo dimostra lo studio di un gruppo interdisciplinare di ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita e dell'Universita' di Sofia in Bulgaria, pubblicato su "Physics of Fluids". La ricerca ha indagato la dinamica delle sfere galleggianti, come ad esempio i sassi che saltano, all'interfaccia aria-acqua. Il loro lavoro ha rivelato la complessa idrodinamica coinvolta nella formazione di cavità d'aria orizzontali e nella transizione tra galleggiamento e salto. Ispirato dalla necessità di salvaguardare gli animali marini e di promuovere soluzioni sostenibili all'interno degli ambienti marini, gli scienziati hanno approfondito l'idrodinamica degli oggetti galleggianti all'interfaccia aria-acqua.

Lo studio di queste dinamiche ha l'obiettivo di ampliare la comprensione dell'idrodinamica dei fluidi e delle interazioni complesse con le superfici, e di far progredire campi come la progettazione e le prestazioni dei sistemi di ingegneria marina, dei sistemi di boe e dei veicoli subacquei. L'analisi della fluidica e della fisica nel contesto del galleggiamento coinvolge diversi principi chiave: galleggiamento, idrodinamica, resistenza dei fluidi e numero di Reynolds. La galleggiabilità si riferisce alla forza ascensionale esercitata su un oggetto immerso in un fluido, mentre l'idrodinamica si concentra sul moto del fluido e sulle sue interazioni con gli oggetti solidi. La resistenza dei fluidi, o drag, si verifica quando un oggetto che si muove in un fluido e incontra una resistenza dovuta all'attrito tra la sua superficie e il fluido.

Questa resistenza dipende da fattori quali la forma, le dimensioni, la velocità e le proprietà del fluido. Per analizzare ulteriormente il comportamento dei fluidi, gli scienziati hanno usato un parametro adimensionale, il numero di Reynolds, per determinare il tipo di flusso attorno a un oggetto. Una delle scoperte principali del gruppo di scienziati è stata che, con l'aumento della forza di trazione e della velocità delle sfere, il loro comportamento diventa più irregolare. "Le sfere mostrano movimenti oscillatori, immergendosi nell'acqua, salendo verso la superficie dell'acqua e perforandola, e attaccando le cavità d'aria sottomarine in direzione orizzontale", ha detto il co-autore Farrukh Kamoliddinov della King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita.

I ricercatori hanno anche scoperto che angoli di trazione piu' ampi determinano lunghezze diverse della cavita' d'aria, distanze di salto maggiori e una modalita' di uscita dall'acqua piu' precoce, il che significa che l'angolo di trazione svolge un ruolo significativo nel modellare l'idrodinamica delle sfere galleggianti. La cavità mantiene un movimento orizzontale costante a velocita' continua per una certa distanza. La formazione della cavità d'aria presenta caratteristiche distinte, tra cui una forma ad ala rovesciata e una scia turbolenta dietro di essa. Questo movimento orizzontale costante e controllato della cavità fornisce una visione della complessa dinamica dei fluidi e apre la strada a ulteriori esplorazioni e applicazioni.

"La comprensione della dinamica delle sfere galleggianti e della formazione di cavità può ispirare nuovi progetti e innovazioni in campi diversi dall'ingegneria navale", ha dichiarato Kamoliddinov. "Può potenzialmente portare a nuovi sistemi di propulsione, strategie di riduzione della resistenza aerodinamica, sistemi di propulsione fluidica e dispositivi fluidici che sfruttano le caratteristiche delle sfere galleggianti", ha concluso Kamoliddinov.