Para una hoja, una gota de lluvia que cae equivale en masa a una bola de bolos que cae sobre una persona. ¿Cómo sobrevive entonces la hoja? Una nueva investigación dilucida el impacto de la gota de lluvia y la dinámica física que ayuda a la hoja a responder, con posibles aplicaciones para la agricultura y la recolección de energía renovable.
En el artículo “Resonancia y amortiguación en interacciones entre gotas y voladizos”, publicado en Physical Review Fluids, los investigadores utilizan fotografías de alta velocidad para capturar y analizar el impacto de una gota de agua que golpea una viga de plástico, midiendo tanto las vibraciones de la viga como las deformaciones de la gota en respuesta al impacto.
El autor principal Sunghwan Jung, profesor de ingeniería biológica y ambiental en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida, comparó la viga con un trampolín.
Después de que la gota golpea, “la tabla baja, la gota se alarga hacia arriba”, dijo. “Y cuando la tabla sube, la gota empuja hacia abajo. Se mueven en direcciones opuestas, lo que provoca un fuerte efecto de amortiguación, menos vibración y eso es beneficioso para la planta”.
El estudio también aborda una desviación inexplicable de los modelos, que otros investigadores han documentado pero no comprendido: cuando el haz tiene una cierta longitud, la gota de agua se deforma y se mueve más, y la oscilación del haz se ralentiza más rápidamente.
“Esta discrepancia seguía apareciendo en todos los gráficos”, dijo la autora principal Crystal Fowler, estudiante de doctorado en el campo de la ingeniería biológica. “Descubrimos que cuando la frecuencia natural del haz se alinea con la frecuencia natural de la gota, la gota se mueve mucho más”.
A medida que la gota se ondula más rápidamente, dijo Fowler, vieron grandes valores de amortiguación, o una reducción más rápida en la vibración del haz. Para las plantas, esa vibración reducida, o recuperación rápida, después del impacto podría significar menos estrés y una vida útil más larga. La investigación podría ayudar a los científicos a comprender cómo fluye la lluvia a través de un dosel forestal o cómo evoluciona la morfología de una planta. El trabajo también encaja con otros proyectos basados en plantas en el laboratorio de Jung: comprender cómo se dispersan las esporas con la lluvia y cómo se podría utilizar la vibración de las plantas para medir su hidratación.
Otra aplicación es el desarrollo y la mejora de las técnicas de recolección de energía renovable: la viga podría reemplazarse con un material piezoeléctrico (que produce energía cuando se aplica presión) que podría generar electricidad cuando la lluvia lo golpea.
“Con este material, la vibración crea energía”, dijo Jung. “Puedes imaginar una torre con estas vigas, una que parece muy natural pero que también recolecta energía de la lluvia”.
El artículo es la primera publicación de Fowler, que es ciudadana de la Nación Navajo y creció rodeada de plantas y jardines. “Es un momento para descubrir algo nuevo”, dijo. “Me di cuenta pronto de que me gusta descubrir cosas y dejar fluir mi curiosidad, y la ingeniería biológica proporciona una forma de comprender el mundo”.
Fuente: Phys.org.