Fizica dezvăluie secretul modului în care natura a ajutat la sculptarea Marelui Sfinx din Giza

Leif Ristroph, a fizician și matematician aplicat de la Universitatea din New York, desfășura experimente despre cum se erodează lutul ca răspuns la curgerea apei, când a observat forme minuscule care se arătau care semănau cu leii așezați – în esență, versiuni în miniatură ale Marele Sfinx din Giza în Egipt. Experimente ulterioare au oferit dovezi în sprijinul unei ipoteze de lungă durată conform căreia procesele naturale au creat mai întâi o formațiune de pământ cunoscută sub numele de a yardang, după care oamenii au adăugat detalii suplimentare pentru a crea statuia finală. Rezultatele inițiale au fost prezentate pentru prima dată anul trecut, ca parte a Galerii de mișcare a fluidelor a Societății Americane de Fizică, o lucrare completă fiind publicată în această săptămână în revista Physical Review Fluids.

„Rezultatele noastre sugerează că structurile asemănătoare Sfinxului se pot forma în condiții destul de banale”, Ristroph și colab. au scris în lucrarea lor. „Aceste descoperiri cu greu rezolvă misterele din spatele yardangs și al Marelui Sfinx, dar poate că ne provoacă să ne întrebăm ce forme de relief uimitoare ar fi putut întâlni oamenii antici în deșerturile Egiptului și de ce ar fi putut imagina o creatură fantastică.”

În 2018Laboratorul de matematică aplicată al lui Ristroph a reglat fin rețeta pentru suflarea bulei perfecte pe baza experimentelor cu pelicule subțiri cu săpun, stabilirea exactă a vitezei vântului care este necesară pentru a împinge filmul și a face ca acesta să formeze o bula și modul în care această viteză depinde de parametri precum dimensiunea baghetei. (Doriți o baghetă circulară cu un perimetru de 1,5 inci și ar trebui să suflați ușor la o viteză constantă de 6,9 ​​cm/s.)

Anul trecut, grupul lui Ristroph condus o serie de experimente care implică avioane de hârtie a explora aerodinamica de bază, dezvoltând un model matematic la îndemână pentru a prezice stabilitatea zborului. Se știa deja că deplasarea centrului de masă are ca rezultat diverse traiectorii de zbor, unele mai stabile decât altele.

Echipa a verificat acest lucru testând diferite foi de hârtie dreptunghiulare, modificând greutatea frontală prin adăugarea de bandă metalică subțire pe o margine. Dacă greutatea era centrată, sau aproape, în centrul aripii, placa ar flutura și s-ar prăbuși neregulat. Deplasați centrul de masă prea mult spre o margine, iar placa s-ar prăbuși rapid și s-ar prăbuși. Proverbialul „sweet spot” a fost plasarea greutății între acele extreme. În acest caz, forța aerodinamică asupra aripii avionului va împinge aripa înapoi în jos dacă se mișcă în sus și va împinge aripa înapoi în sus dacă se mișcă în jos. Cu alte cuvinte, centrul de presiune va varia în funcție de unghiul de zbor, asigurând astfel stabilitatea.

Cel mai relevant pentru acest ultim studiu este cel al lui Ristroph hârtie 2020 pe așa-numitele „păduri de piatră” comune în anumite regiuni din China și Madagascar (din punct de vedere tehnic un tip de topografie carstică), precum faimoșii Pădurea de piatră în provincia Yunnan din China. Ei au efectuat simulări și experimente pentru a explora formele interesante care evoluează în peisaje datorită unui număr de procese de „configurare”, în special eroziunea și dizolvarea.

Ristroph și colab. a concluzionat că aceste formațiuni roci ascuțite rezultă din dizolvarea solidelor în lichide în prezența gravitației, care produce fluxuri convective naturale. Rocile solubile precum calcarul, dolomita și ghipsul sunt scufundate sub apă, unde mineralele se dizolvă încet în apa din jur. Apa mai grea se scufundă apoi sub tracțiunea descendentă a gravitației, iar fluxurile formează treptat topografii carstice. Când apa se retrage, ies la iveală stâlpii și pădurile de piatră.