Castillos de arena indestructibles [VIDEO]

Matemáticos explican cómo surgen las columnas y arcos naturales

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Arcos naturales, columnatas, piedras colocadas en formas extrañas y otros monumentos exóticos de arenisca natural siempre han atraído la mirada de curiosos. Su forma inusual deja la impresión de un diseño de ingeniería bastante bien pensado en lugar de un resultado de proceso natural. Sin embargo, estas formas surgen bajo la influencia de dos fuerzas: presión y erosión. Los matemáticos del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo, Rusia, decidieron simular estos procesos utilizando el ejemplo de edificios famosos y registraron los resultados en un video.

Los científicos entendieron claramente que estas construcciones extrañas surgen como resultado del trabajo escultórico del agua y el viento, pero hasta hace poco no estaba claro por qué surgen. En 2014, un grupo de científicos checos liderados por Jiri Bruthans, propuso que se trata de la retroalimentación negativa que surge entre la presión y la erosión. En otras palabras, mientras mayor sea la presión de las partículas dentro de una pieza de arenisca, menor será la velocidad de erosión, y viceversa: cuanto menor sea la presión, más rápido se destruirá esta pieza.

Bruthans y sus colegas llevaron a cabo una serie de experimentos, borrando las formaciones de partículas comprimidas con agua, y obtuvieron formas muy similares a columnas y arcos naturales.

Los científicos de Skolkovo, Igor Ostanin, Alexánder Safonov e Ivan Oseledets, desarrollaron un modelo matemático de este proceso y lo describieron en un artículo publicado en la revista Scientific Reports.

Los resultados mostraron que los métodos que se utilizan en la optimización topológica de las estructuras son muy adecuados para el modelado de la erosión de arenisca, es decir, en aquellos casos cuando es necesario simplificar el diseño eliminando el exceso de material pero reteniendo su resistencia.

"Dividimos el área en elementos. A cada elemento se le asignó un valor que variaba de 0 a 1. El 1 correspondía al material inalterado (y máxima resistencia)", explica Alexánder Safonov. Como resultado, los elementos que erosionaron primero estaban en zonas con presión mínima, es decir, en los bordes o en lugares que resultaron ser arcos.

A petición de N + 1, Alexánder Safonov demostró el trabajo de su algoritmo con edificios famosos. El siguiente video muestra cómo hubiese ocurrido la erosión si estas estructuras consistieran de arenisca. En el último caso, el tiempo de cálculo para el modelo fue de aproximadamente 35 horas. "Es necesario agregar que este es un algoritmo para materiales que están degradados (por ejemplo, la arenisca), y el algoritmo solo predice una forma posible, pero no la duración del proceso", dijo el científico.

La presión se muestra en el video con diferentes colores, el naranja corresponde a la presión máxima, el azul oscuro a la presión mínima.

Así se destruiría el Big Ben:

La torre Eiffel:

La estatua de la Libertad:

La Universidad Estatal de Moscú:

La catedral de París:

El Templo de la Sagrada Familia, en Barcelona:

 

Serguéi Kuznetsov

Texto traducido por María Cervantes
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma


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