Ele resolveu um problema de física de 127 anos no papel e provou que esteiras de barco fora do centro podiam existir. Cinco anos depois, experimentos práticos provaram que ele estava certo.

"Ver as fotos aparecerem na tela do computador foi o melhor dia de trabalho que já tive, "diz Simen Ådnøy Ellingsen, professor associado do Departamento de Engenharia de Energia e Processos da NTNU.

Esse foi o dia em que Ph.D. o candidato Benjamin Keeler Smeltzer e o aluno de mestrado Eirik Æsøy mostraram no laboratório que Ellingsen estava certa e enviou a ele as fotos do experimento. Cinco anos atrás, Ellingsen desafiou o conhecimento aceito de 1887, armado com uma caneta e papel, E ganhou.

Ele resolveu um problema relacionado ao chamado Kelvinangle em esteiras de barco, que não foi contestado por 127 anos. A esteira do barco é o padrão em forma de V que um barco ou canoa faz ao se mover na água. Você, sem dúvida, viu um em algum momento.

39 graus

Há muito se supõe que o ângulo da esteira em forma de V atrás de um barco deve ser sempre um pouco abaixo de 39 graus, contanto que a água não seja muito rasa. Independentemente de estar atrás de um superpetroleiro ou de um pato, isso sempre deve ser verdade. Ou não. Pois, como tantos fatos aceitos, isso está errado, ou pelo menos nem sempre é o caso. Ellingsen mostrou isso.

"Para mim, era um campo totalmente novo, e ninguem me disse que era dificil, "Ellingsen explicou quando fez sua descoberta pela primeira vez.

As esteiras de barco podem ter um ângulo completamente diferente em certas circunstâncias, e pode até estar descentrado em relação à direção do barco. Isso pode acontecer quando existem diferentes correntes em diferentes camadas de água, conhecido como fluxo de cisalhamento. Para fluxo de cisalhamento, A teoria de Kelvin sobre esteiras de barco não é aplicável.

"Foi preciso o gênio de pessoas como Cauchy, Poisson e Kelvin para resolver esses problemas de onda pela primeira vez, mesmo para o caso mais simples de água parada sem correntes. É muito mais fácil para nós descobrir os casos mais gerais mais tarde, como fizemos aqui, "Ellingsen explica.

Anéis oblongos

As ondas em anel também agem de forma engraçada em certas circunstâncias. Se você jogar uma pedra em um lago em um dia tranquilo de verão, o padrão de onda será perfeito, círculos concêntricos. Mas não se houver fluxo de cisalhamento. Então, os anéis podem se transformar em ovais. Ellingsen também previu isso, expandindo a teoria de Cauchy e Poisson de 1815.

"Depois que fiz os primeiros cálculos, Eu estava em uma praia na Holanda vendo a água voltar depois de uma onda. Fiz alguns anéis na água e tirei algumas fotos. Olhando para eles mais tarde, os anéis pareciam oblongos para mim, e eu fiquei muito animado. Isso não era ciência, claro, mas agora é! ", diz Ellingsen.

Pesquisa de laboratório apóia cálculos

Foi assim que Ellingsen acabou na capa da Journal of Fluid Mechanics . Mas todos os seus cálculos foram feitos no papel, e ainda não havia sido observado empiricamente.

Agora, Contudo, há pesquisas de laboratório para apoiar seu trabalho, graças ao Ph.D. candidato e aluno de mestrado que puderam realizar experimentos em um tanque de pesquisa especialmente desenvolvido, com Ellingsen como seu supervisor.

Eirik Æsøy tem experiência como técnico, o que economizou tempo e dinheiro na construção do laboratório. Demorou cerca de seis meses para colocar tudo em funcionamento.

"Æsøy e eu configuramos todo o equipamento para criar as correntes de que precisávamos, "Smeltzer explica. Seus resultados também foram publicados no Journal of Fluid Mechanics .

"É notável que os experimentos de nossa pequena bacia de ondas estejam sendo publicados lá, "diz Smeltzer.

Aplicações práticas

Os resultados de sua pesquisa sobre o ângulo Kelvin podem ter consequências práticas reais, como potencialmente ajudando a reduzir o consumo de combustível em navios. Uma grande parte do combustível dos navios realmente é usada para produzir ondas.

"O consumo de combustível pode dobrar se a embarcação estiver viajando a jusante em comparação com a montante, "Ellingsen disse.

Esses cálculos são feitos com base nas correntes na foz do rio Columbia em Oregon, nos EUA. Aqui as correntes são fortes e os barcos, muitos.

Portanto, a pesquisa em barcos e navios em diferentes correntes é importante para qualquer pessoa interessada em reduzir o consumo de combustível e, consequentemente, emissões.

Marcha do barco na frente do barco

Ellingsen insiste que seus resultados não refutam a teoria de Kelvin, apenas estenda-o. O ângulo de Kelvin ainda é verdadeiro, desde que não haja camadas de corrente sob a superfície quando a água é profunda.

Mas assim que houver movimento entre as camadas de água, para que diferentes camadas se movam em velocidades diferentes, o ângulo muda. Às vezes, por muito. Em teoria, com correntes extremamente fortes movendo-se perpendicularmente à direção do barco, a esteira pode realmente terminar na frente do barco de um lado.

"Então você provavelmente deveria velejar em outro lugar, "diz Ellingsen.