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Inspirados pela necessidade de proteger os animais marinhos e promover soluções sustentáveis em ambientes marinhos, uma equipe interdisciplinar de pesquisadores da King Abdullah University of Science and Technology na Arábia Saudita e da Sofia University na Bulgária estão investigando a hidrodinâmica de objetos flutuantes no ar-água interface.
Ao estudar essas dinâmicas, seu objetivo é expandir a compreensão da hidrodinâmica de fluidos e interações complexas de superfície – e avançar em campos como o design e desempenho de sistemas de engenharia marítima, sistemas de bóias e veículos subaquáticos.
Em Física dos Fluidos, da AIP Publishing, a equipe apresenta um estudo da dinâmica de esferas flutuantes (pense em pedras saltitantes) na interface ar-água. Seu trabalho revelou hidrodinâmica complexa envolvida na formação de cavidades de ar horizontais e na transição entre flutuar e pular.
O estudo da fluídica e da física no contexto da flutuabilidade envolve vários princípios-chave: flutuabilidade, hidrodinâmica, resistência do fluido e um número de Reynolds.
A flutuabilidade refere-se à força ascendente exercida sobre um objeto imerso em um fluido, enquanto a hidrodinâmica se concentra no movimento do fluido e suas interações com objetos sólidos.
A resistência do fluido, ou arrasto, ocorre quando um objeto que se move através de um fluido experimenta resistência devido ao atrito entre sua superfície e o fluido. Essa resistência depende de fatores como a forma, tamanho, velocidade e propriedades do fluido de um objeto.
Para analisar melhor o comportamento do fluido, os cientistas usam um parâmetro adimensional, um número de Reynolds, para determinar o tipo de fluxo em torno de um objeto.
Uma das principais descobertas da equipe é que, à medida que a força de tração e a velocidade das esferas aumentam, seu comportamento se torna mais irregular. “As esferas exibem movimentos oscilatórios, mergulhando na água, subindo e perfurando a superfície da água e anexando cavidades de ar subaquáticas na direção horizontal”, disse o coautor Farrukh Kamoliddinov, da KAUST.
Eles também descobriram que ângulos de tração maiores resultam em diferentes comprimentos de cavidades de ar, distâncias de salto maiores e comportamento de saída de água anterior – o que significa que o ângulo de tração desempenha um papel significativo na formação da hidrodinâmica das esferas flutuantes.
E a cavidade mantém um movimento horizontal estável a uma velocidade constante ao longo de uma certa distância. A formação da cavidade de ar exibe características distintas, incluindo uma forma de asa invertida e um rastro turbulento atrás dela. Este movimento horizontal constante e controlado da cavidade fornece informações sobre dinâmicas de fluidos complexas e abre a porta para mais explorações e aplicações.
“Entender a dinâmica da esfera flutuante e a formação de cavidades pode inspirar novos projetos e inovações em campos além da engenharia naval”, disse Kamoliddinov. “Isso pode potencialmente levar a novos sistemas de propulsão inovadores, estratégias de redução de arrasto, sistemas de propulsão fluídica e dispositivos fluídicos que aproveitam as características das esferas flutuantes”.
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