Analizan en profundidad una ola congelada en el tiempo

Científicos de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) y de la Universidad de California en San Diego (UCSD) han recreado en el laboratorio una ola de tubo estática, cuya cresta ni avanza ni retrocede. Esta investigación permitirá mejorar el diseño de barcos y puertos marinos o analizar cómo se produce el intercambio de dióxido de carbono entre el océano y la atmósfera.

En general, una ola es una deformación en la superficie de un líquido que se mueve con una velocidad independiente de la de éste, explican los investigadores. Por ejemplo: en las olas que se forman al tirar una piedra a un estanque, el agua permanece en reposo mientras que las olas se alejan del centro con una velocidad propia.

“En nuestro caso ocurre más bien al contrario: el agua va muy rápido (a varios metros por segundo), pero la ola se mueve a velocidad cero. Es decir, permanece fija, ‘congelada’ en el tiempo para un observador que la ve desde fuera del agua”, explica uno de los autores de la investigación, Javier Rodríguez, del departamento de Ingeniería Térmica y de Fluidos de la UC3M en un comunicado de dicha Universidad.

El sueño de cualquier surfista

En el experimento, que se describe en el artículo publicado en la revista Experiments in Fluids, los científicos han utilizado técnicas de procesado digital de imágenes y técnicas de visualización iluminando con láser para reconstruir la forma de la ola en tres dimensiones y poder compararla con olas reales, similares a las que cabalgan los surfistas.

“Lo más llamativo es observar una ola de tubo que se queda quieta, hasta el punto de que podemos meter los dedos debajo de la cresta el tiempo que queramos y no nos mojamos porque esta ola no rompe nunca”, describe Javier Rodríguez.

Para conseguir este fenómeno, los científicos construyeron un pequeño canal en un laboratorio de la Universidad. El prototipo es relativamente simple, dicen: consiste en una placa semisumergida con una esquina cuadrada que obstruye parcialmente el flujo en un tanque de agua con una longitud similar a la de una furgoneta.

“Es la forma más sencilla y barata de producir una diferencia de alturas en una corriente de agua que se mueve a gran velocidad”, indica el profesor Rodríguez.

Simulaciones y análisis

En la parte teórica del estudio, en la que los científicos de la UC3M colaboran actualmente con colegas de la UCSD (EEUU) y de la Universidad de East Anglia (Reino Unido), utilizan técnicas de simulación por ordenador y de análisis asintótico para crear una descripción aproximada de la formación de esta ola.

“Esta descripción es lo suficientemente precisa para entender su comportamiento: nos aprovechamos del hecho de que la ola es muy esbelta. Es decir, a medida que nos alejamos de su origen, su tamaño va creciendo lentamente”, señala Pablo Martínez-Legazpi, investigador de la UCSD.

“A medida que profundizábamos en el tema – añade - nos hemos dado cuenta de que este proceso de formación es representativo y común al de otras olas de gran interés en ingeniería civil y naval, como las olas que impactan sobre puertos, puentes, barcos o plataformas en condiciones de mala mar”.

Aplicaciones estructurales y medioambientales

Gracias a este experimento, se puede generar una ola que en la naturaleza jamás estaría quieta y dejarla inmóvil en el laboratorio el tiempo que sea necesario para estudiarla en detalle.

Comprender cómo se forman estas olas resulta de gran interés para predecir la intensidad de los chorros que aparecen cuando las olas corrientes impactan sobre estructuras marinas (puertos, plataformas petrolíferas, barcos, etc.) y podría ayudar a anticipar el daño que pueden causar. De hecho, esta investigación surgió y se financió en parte por la Marina de EEUU por sus implicaciones en la mejora de la hidrodinámica naval.

Desde el punto de vista oceanográfico también es una herramienta muy útil, ya que permite usar una gran cantidad de técnicas de investigación que en una ola en movimiento serían muy difíciles de aplicar.

Tiene aplicaciones medioambientales directas: permite responder mejor a lo que ocurre en la superficie marina cuando una ola se rompe, lo que tiene interés para comprender cómo se produce el intercambio de dióxido de carbono entre el océano y la atmósfera.

“Y aunque no tiene nada que ver con la ciencia, también pensamos que tendría interés para hacer fuentes decorativas o atracciones en parques acuáticos – apunta Javier Rodríguez - . Si, además de ser interesante para comprender el océano, te puedes divertir con ella, ¿por qué no hacerlo?”, concluye.

Referencia bibliográfica:

Martinez Legazpi, P; Rodriguez-Rodriguez, J; Marugan-Cruz, C; Lasheras, JC. Plunging to spilling transition in corner surface waves in the wake of a partially submerged vertical plate. Experiments in fluids (2013). DOI: 10.1007/s00348-012-1437-7.