Físicos recrean los efectos de una 'onda cobra' con palitos de helado

J.-P. Boucher et al. / Phys. Rev. Lett., 2017

Investigadores franceses simularon la propagación de una onda cobra en una cinta compuesta de palitos de helado. Esta cinta es similar a un sistema de dominó, donde empujar un palito del extremo conduce a una reacción en cadena que destruye la cinta. En esta nueva investigación, los científicos establecieron cómo se determina este comportamiento y en qué condiciones se puede observar. El estudio está publicado en Physical Review Letters.

Si se reúne una gran cantidad de palos de helado, se teje con ellos una cinta y se fija todo el sistema en ambos extremos, entonces en este sistema se puede almacenar una gran cantidad de energía, debido a la deformación elástica de los palos. Cuando se mueve un elemento de fijación de un extremo de la cinta, el estado de equilibrio se pierde, el palo extremo de la cinta se libera, se vuelve recto y vuela hacia afuera, lo que conduce a la onda de excitación ( lo que recibe el nombre de onda cobra) y su consecuente propagación por la cinta. Tal onda de explosión se extenderá a lo largo de la cinta hasta que uno de los elementos se rompa o la cinta se acabe.

En este trabajo, los investigadores grabaron con una cámara de alta velocidad la propagación de dicha onda para seis tipos de palitos (de diferentes tamaños y de diferentes tipos de madera), y luego describieron los datos obtenidos con la ayuda de este modelo físico relativamente simple.

Esquema de una cinta montada de palitos. /Phys. Rev. Lett., 2017

Resultó que el aumento de la onda en cada celda de la cinta se debe al retroceso causado por el movimiento del primer palo en la celda. Por lo tanto, la dinámica de todo el sistema está determinada por la velocidad del tirón que recibe del primer palito, que fija la estructura de la cinta, y el impulso que se transmite al sistema inmediatamente después. Si se ejecuta la onda desde el lado correcto, esta se eleva y se extiende a lo largo de la cinta a una velocidad constante. La velocidad de propagación (la cantidad de varios metros por segundo) es proporcional a la velocidad de tracción del palito de la cinta.

Tres fases de propagación de la onda: excitación (a), propagación (b) y detención de onda (c). /Phys. Rev. Lett., 2017

Los científicos lograron demostrar que la forma característica de la onda cobra está determinada por la relación del impulso, que se transmitió al sistema en el lanzamiento de la onda, y por fuerzas elásticas y gravitacionales, que tratan de llevar a todo el sistema a un estado de equilibrio estable. Dependiendo de la masa de los palitos, los investigadores diferenciaron dos tipos diferentes de comportamiento de dicha cinta. Para los palos ligeros, la onda se eleva a una altura determinada por la estructura de la cinta y las dimensiones de un palo; y para los palos pesados, su masa determinará la altura. Los científicos lograron demostrar que se puede originar una onda solo en un rango bastante estrecho de parámetros: la varilla no debe ser demasiado pesada, pero tampoco debe romperse fácilmente. La mayoría de los palitos de madera de helado entran en este rango. La propagación de ondas únicas puede afectar los procesos que ocurren en sistemas que son completamente diferentes a su naturaleza. 

Alexánder Dubov

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