Departamento de Física

Facultad de Ciencia
Universidad de Santiago de Chile

Prestigiosa revista destaca artículo de académicos del Departamento de Física

Jun
4
2019
Publicación “Physics of Fluids” El artículo titulado “Time-of-flight of solitary waves in dry and wet chains of beads: experimental results and phenomenological models”, resume la compleja dinámica que sigue la materia granular en el entorno natural. Por ello, los editores de lo calificaron como uno de los mejores artículos publicados en esa revista. En el proyecto participaron los profesores del Departamento de Física de nuestra universidad Raúl Labbé, Ignacio Olivares y Lautaro Vergara como investigador principal.

El trabajo reportado en el artículo destacado en la revista “Physics of Fluids” se originó como parte del proyecto Fondecyt nº 1130492: “Studies in granular matter: the one dimensional case”. Este proyecto, finalizado en marzo de 2017, tuvo una parte experimental importante, desarrollada íntegramente desde cero en el Laboratorio de Óptica Láser y el Laboratorio de Turbulencia, ambos del Departamento de Física de la Usach. Se ha contado con la participación de tres estudiantes de Ingeniería Física, quienes realizaron sus trabajos de tesis en este tema. 

Detalles de la investigación

La materia granular se encuentra por todas partes en la naturaleza y puede aparecer tanto seca como húmeda, dando origen a fenómenos complejos, como avalanchas. Estudiar su dinámica es importante desde el punto de vista de física básica y así como en aplicaciones. Esta dinámica es compleja, haciendo que su estudio siempre sea un gran desafío.

“En este proyecto hemos estudiado la propagación de ondas solitarias no lineales (los tsunamis en el mar son un ejemplo más cercano para las personas de este tipo de ondas), en cadenas de una dimensión con “gránulos”, que son esferas de distintos materiales. Hemos cuantificado y modelado el comportamiento complejo de estas ondas en un sistema seco, así como en uno humedecido con tres tipos de aceites. Un trabajo teórico intenso nos permitió desarrollar dos modelos fenomenológicos que describen, por primera vez de modo extremadamente preciso, la dinámica de esas ondas solitarias”, explica el profesor del plantel e investigador principal del proyecto Lautaro Vergara.

En referencia al artículo en cuestión se detallan en él los resultados de mediciones que requirieron del desarrollo de un instrumento completamente automatizado, ya que la duración de los experimentos y cantidad de mediciones requeridas para una estadística adecuada hacían imposible su realización por un operador humano.

“Por primera vez se logró obtener datos experimentales que permitieron el posterior desarrollo de modelos que daban cuenta precisa de la dinámica global del sistema, a través de la medición de tiempo de vuelo de ondas solitarias como función de la amplitud de la perturbación que las origina, y simultáneamente la dinámica local asociada a las fuerzas elásticas e hidrodinámicas en el caso húmedo, que rigen la interacción de las bolitas en los puntos de contacto. Una revelación notable fue la aparición de una ley de potencia entre el tiempo de vuelo de los pulsos y la amplitud de la perturbación inicial de la cadena”, afirma el profesor Vergara sobre la importancia del artículo.

Aplicación del proyecto

Este estudio se ha desarrollado con el objetivo de aplicar los resultados a distintos ámbitos de la vida diaria.

“La medición que estamos realizando tendría una aplicación directa en la industria. Por ejemplo, en todo lo que tiene que ver con lubricación de sistemas mecánicos, desde vehículos a cualquier tipo de maquinaria industrial. El poder medir las dinámicas de materias granulares permitirá optimizar y concretar con mayor exactitud el lubricante utilizado en los distintos sectores que requiere la industria”, señala el profesor Raúl Labbé, encargado del laboratorio de turbulencias del Departamento de Física Usach.

Además, según los investigadores del plantel, el desarrollo de un instrumento capaz de realizar mediciones de este calibre puede tener consecuencias muy positivas para la institución.

“Si logramos desarrollar este instrumento, vamos a tener una patente, lo que a su vez lo convierte en propiedad intelectual de la USACH, que, como universidad, colabora constantemente en el patrocinio de trabajos como el nuestro. Esto implica aumentar considerablemente la excelencia y el prestigio de la institución”, explican los profesores sobre la dimensión de este proyecto.

“El hecho de que un artículo científico haya logrado publicarse en una revista de prestigio no es algo que pase todos los días. Es algo que aun investigador medio le pasa una o dos veces en la vida. “Physics and Fluids” es una revista de prestigio mundial y con más de un siglo de historia”, cuenta orgulloso el profesor de Física de nuestra universidad e investigador principal del proyecto Lautaro Vergara.

Autor: Pablo Álvarez Cuenca
Fotografía: Hugo Salas
Gentileza: UdeSantiago al Día