p Com as janelas do carro abertas no primeiro dia quente de primavera, o desejo é inabalável. Você estende seu braço contra o vento, traçar o horizonte da cidade em um movimento natural entre nadar e acenar. Conforme você move sua mão, você altera o fluxo do ar. O ar redirecionado, por sua vez, exerce uma força sobre sua mão. p Interações como esta - entre um fluxo de fluido, como água ou ar, e uma estrutura flexível - são onipresentes na natureza. Você pode vê-los em uma bandeira tremulando, uma mangueira de jardim borrifando descontroladamente ou até mesmo o leve aborrecimento de um outro significativo que ronca.

p Essas interações são cuidadosamente consideradas no projeto de edifícios, pontes e aeronaves. O principal motivo? Uma estrutura pode se tornar fundamentalmente instável quando imersa em um fluxo de fluido, como o do ar ou da água.

p Este tipo de instabilidade é conhecido como flutter, e pode causar falha catastrófica. Um exemplo angustiante, infelizmente envolvendo a perda de uma vida canina, é o colapso da Ponte Tacoma Narrows ("Galloping Gertie") em 1940.

p Como um matemático aplicado, meu objetivo é entender a vibração - por que isso acontece, quando isso acontece e como ajudar os engenheiros a pará-lo (ou realizá-lo, dependendo da situação).

p Flutter 101

p Quer você já tenha usado ou não a palavra vibração, você encontrou o fenômeno. Prevenindo vibração em componentes de aeronaves, por exemplo, constitui um desafio chave para uma indústria multibilionária.

p Outro exemplo pertinente é a vibração do palato mole humano. O ronco intenso se correlaciona com a condição médica séria de apnéia obstrutiva do sono, assolando um em cada 15 adultos nos EUA

p Para um engenheiro, o fenômeno da vibração é conhecido como autoexcitação. Em outras palavras, nas condições certas, uma estrutura inerentemente estável pode se tornar instável. Lembre-se da mão acenando do lado de fora da janela do carro:conforme a mão se move ligeiramente, o fluxo de ar é alterado, empurrando de volta na mão. Se a mão responde a esta força, muda o fluxo de ar novamente, e assim por diante.

p Para um objeto flexível nas circunstâncias certas, este ciclo pode persistir, resultando em um movimento periódico potencialmente violento. É como o movimento de um diapasão ou corda de violão, mas na escala de construção, asa de avião ou ponte.

p Para contraste, Considere o fenômeno da ressonância - como uma criança empurrada em um balanço ou soldados marchando em uma ponte. Nestes casos, uma aplicação periódica de força, agindo com a frequência certa, amplifica a escala das oscilações existentes. Flutter é fundamentalmente diferente e, de alguma forma, mais desconcertante, exigindo apenas um fluxo circundante e nenhuma aplicação cíclica de força.

p Estudo mais próximo

p Nos primeiros dias do voo, com pouco conhecimento acadêmico de flutter, os pilotos poderiam encontrar asas e cauda tremulando simplesmente voando em um vento contrário sustentado na altitude errada. Os engenheiros agora acreditam que muitos dos primeiros acidentes de aeronaves foram resultado de eventos de flutter.

p Alguns dos primeiros estudos acadêmicos sobre flutter ocorreram na era da Guerra Fria, quando os países mantiveram o interesse em entregar foguetes uns aos outros. Em velocidades extremas ou acima da velocidade do som, o painel do foguete pode vibrar, potencialmente desestabilizando a trajetória de vôo. Evitar a vibração do painel - ou pelo menos minimizar seu efeito - garantiu que um projétil encontrasse seu destino pretendido.

p Hoje, engenheiros e cientistas pretendem produzir modelos matemáticos sofisticados que capturem com precisão a vibração. Isso pode significar uma variedade de coisas, mas, mais importante, significa que o modelo faz previsões que podem ser verificadas em um ambiente experimental controlado. Se esse é o caso, e o modelo é considerado viável, engenheiros e cientistas podem produzir projetos melhores com ele.

p Prever se ocorrer flutter, para um determinado objeto flexível em um determinado fluxo de fluido, normalmente não é o problema; modelos matemáticos simples muitas vezes podem fazer isso. Contudo, é ainda mais difícil capturar matematicamente com precisão o que acontece depois que o objeto se torna instável e a vibração começa. Novo, modelos mais complexos foram propostos, mas ainda não são completamente compreendidos.

p Por exemplo, modelos de última geração ainda lutam para capturar a vibração de grandes movimentos oscilantes na extremidade de um feixe longo - como rajadas de vento ao longo de um trampolim. Engenheiros e matemáticos concordam que muitos modelos existentes são deficientes, proporcionando uma área ativa de pesquisa.

p Nova promessa

p Contudo, o estudo da vibração não trata apenas de prevenir catástrofes ou lançar foguetes de maneira mais eficaz. Na última década, engenheiros e cientistas descobriram como coletar energia de certos tipos de vibração.

p Uma pequena tira metálica de apenas alguns centímetros de comprimento pode ser facilmente excitada por um fluxo ao longo de seu comprimento, de uma maneira análoga a uma bandeira agitada. Este movimento pode gerar uma pequena quantidade de energia elétrica. Um modelo matemático viável poderia capturar as interações complexas em jogo e ajudar os engenheiros a colher com mais eficiência essa energia de fontes diárias como o vento ou um carro em movimento.

p Se pequenos clipes como este pudessem vibrar, então pode gerar energia suficiente para, dizer, carregue um iPhone. Um dia, essa tecnologia de vibração pode ajudar a fornecer energia a áreas remotas e reduzir o desperdício relacionado à bateria. p Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.