domingo, 29 de abril de 2012

Revelando la física del rizado

Experimentos y simulaciones han dado lugar a un nuevo modelo para la física del rizado de una fina tira de metal, que podría ser útil para el crecimiento de las plantas y la micromecánica.

Los investigadores saben porque los pelos y las cintas se rizan, pero pocos han examinado con detalle la dinámica del objeto pasando de enderezado a curvado. Un nuevo estudio echa un vistazo al caso más simple, una tira de metal curvada que se endereza y luego se libera. Usando una combinación de experimentos, simulaciones numéricas y análisis matemático, el equipo de investigación ha realizado un completo estudio de la forma y velocidad de la tira a medida que se riza. El trabajo dota de un marco básico para explicar el rizado en futuras micromáquinas o en la rotura de un glóbulo rojo.

P.-T. Brun & B. Audoly/CNRS
Para entender la forma del rizado, se han llevado a cabo simulaciones numéricas que han permitido ver lo que ocurre después en el proceso cuando la tira va formando más bucles que los generados en los experimentos. Al final se esperaba que la forma y tamaño permanecieran fijos en el tiempo porque se pensó que la tira se enrollaría en la estrecha sección de cola, la cual apenas podría influir en el diámetro. En vez de eso, se encontró que parte de la tira rebobinada se añadía a la sección espiral exterior, más abierta, así el rizo crecía en el tiempo pero mantenía su forma, siguiendo una evolución temporal similar. Este crecimiento aumenta la altura del centro de masa del rizo. Se determinó que el rizo crece en tamaño a una tasa proporcional en tiempo de un tercio de la potencia.

La velocidad a la que la tira golpea la superficie también puede ser analíticamente derivada, por la conservación de la energía. En esencia, cada segmento de la tira tiene la misma cantidad de energía potencial elástica (cuando está enderezada), así que cada segmento recibe el mismo golpe en energía cinética cuando la tira se enrolla, y por tanto la velocidad de avance del rizo es constante en el tiempo. Los investigadores resolvieron este aspecto de velocidad constante relacionándolo con la velocidad a la que rota la bobina. Esta rotación conlleva una fuerza centrífuga que empuja la bobina hacia afuera y explica el gran radio observado en los experimentos. Combinando estas distintas relaciones, los investigadores derivaron una velocidad de rizado de 13 m/s, que coincidía con las observaciones.

Via physics.aps.org

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