Attraverso esperimenti e teorie, I ricercatori della NYU Tandon illustrano cambiamenti sorprendenti nella pressione dell'acqua su un cuneo che colpisce l'acqua (in alto a destra) quando è presente un oggetto, il cilindro galleggiante vicino al cuneo. Mentre il team misurava un aumento della pressione dell'acqua nella regione più vicina al cilindro, hanno scoperto una diminuzione della pressione dell'acqua nella regione del pile-up (deflusso). Le frecce rosse indicano la direzione e la velocità delle particelle d'acqua, e le linee verdi indicano il diagramma di contorno dell'ampiezza della velocità delle particelle d'acqua. I punti blu indicano la posizione dei sensori. Credito:NYU Tandon School of Engineering
Innumerevoli volte al giorno, uccelli marini si tuffano prede dall'oceano, le barche entrano in acqua dalla terraferma, e gli idrovolanti atterrano dolcemente tra le onde. Il fenomeno degli oggetti che entrano nell'acqua è comune, tuttavia una piena comprensione della fisica dell'ingresso dell'acqua rimane sfuggente, soprattutto per quanto riguarda i casi in cui un oggetto solido entra in uno specchio d'acqua che contiene altri oggetti solidi, come un gabbiano che si tuffa in uno squarcio di mare roccioso.
Un team di ricercatori della NYU Tandon School of Engineering sta esplorando quest'area di ricerca relativamente incontaminata e ha pubblicato una serie di risultati sorprendenti che potrebbero portare a strategie per ridurre al minimo lo sforzo di ingresso dell'acqua sulle navi marine, idrovolanti, e capsule dell'equipaggio spaziale progettate per l'atterraggio in acqua.
"Molti studi sull'ingresso dell'acqua trascurano la presenza di solidi, oggetti fissi come ghiaccio o rocce nell'acqua, ed è chiaro che questi elementi possono influenzare gli oggetti che entrano nell'acqua e cambiare la fisica dell'impatto, " ha detto Maurizio Porfiri, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NYU Tandon e autore principale del documento "Solid Obstacles Can Reduce Hydrodynamic Loading During Water Entry, "che appare sul giornale Fluidi per la revisione fisica . I collaboratori di Porfiri includono Ghania Benbelkacem, membro della Facoltà di Adjunct della NYU Tandon, presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, e Mohammad Jalalisendi, un neolaureato nel gruppo di Porfiri.
Porfiri e i suoi collaboratori del Dynamical Systems Laboratory hanno creato un esperimento utilizzando un solido cuneo immerso in un serbatoio d'acqua contenente un cilindro a galleggiamento neutro. I sensori nella configurazione hanno misurato l'accelerazione, pressione, e profondità, e il team ha utilizzato la velocimetria dell'immagine delle particelle per visualizzare il flusso e misurare la velocità dei getti d'acqua prodotti dal cuneo quando colpisce l'acqua. Le analisi hanno rivelato che la presenza del cilindro nell'acqua ha cambiato drasticamente la fisica dell'impatto sul cuneo in modi inaspettati.
Con grande sorpresa dei ricercatori, hanno notato una diminuzione della pressione nel pile-up, la regione del fluido in cui viene prodotto un getto ad alta velocità quando il cuneo atterra, sul lato del cuneo più vicino al cilindro. Porfiri e il team hanno attribuito questa diminuzione al fluido di confinamento del cilindro su quel lato, in modo che meno acqua è stata spostata al momento dell'impatto. Però, in una constatazione contraddittoria, il team ha notato un aumento della pressione verso la chiglia del cuneo, indicando un ricco, effetto complesso dal cilindro. Sono necessari ulteriori studi per conciliare questi risultati contrastanti, ma i ricercatori sottolineano l'importanza di continuare a esplorare l'interazione tra gli oggetti stazionari nell'acqua e gli oggetti che entrano nell'acqua.
"È chiaro che ci sono interazioni simpatiche tra questi oggetti, e man mano che ne acquisiamo una migliore comprensione, può portare a progetti e materiali che mitigano parte del carico sulle navi marine che viaggiano in acque occluse, specialmente quelli che esplorano e navigano nelle regioni polari, " disse Porfiri.
