martes, 30 de noviembre de 2010

Científicos (casi) olvidados: William Froude

El ingeniero naval inglés William Froude nació en Dartington (Devon, Inglaterra) hace doscientos años, el 28 de noviembre de 1810. Estudió en Oxford, donde se graduó en Matemáticas en 1832.

Comenzó a trabajar como topógrafo para los ferrocarriles del sureste de Inglaterra. EN 1837 fue encargado de la construcción de un tramo del ferrocarril de Bristol a Exeter; allí desarrolló un método empírico para el trazado de curvas de transición. Estas curvas permiten un aumento gradual de la curvatura de los raíles desde un tramo recto a otro circular, de manera que la variación de la fuerza centrífuga que sufren los pasajeros es también gradual.

En 1858 inventó un freno hidrodinámico industrial que lleva su nombre. Más tarde desvió su interés hacia el estudio de la estabilidad de los barcos. Fue el primero que formuló leyes fiables para calcular la resistencia que el agua ofrece al movimiento de los navíos y para predecir su estabilidad.

William Froude murió en Simonstown (Sudáfrica) el 4 de mayo de 1879.

Su principal aportación a la ingeniería naval fue el número de Froude, que relaciona las fuerzas de inercia y de gravedad que actúan sobre un fluido. Al ser un número sin dimensiones, permite realizar experimentos con modelos a escala en canales de ensayos hidrodinámicos y extender los resultados a barcos de tamaño real. El propio Froude construyó el primer canal de ensayos en Torquay. El número de Froude se sigue utilizando actualmente en el diseño de canales, embalses, puertos y navíos, así como en meteorología.

Una de las aplicaciones más curiosas del número de Froude es la de la dinámica de la locomoción bípeda: El sistema se aproxima como un péndulo invertido cuyo centro de masas recorre un arco circular centrado en el pie. El número de Froude es la razón entre la fuerza centrípeta que sufre ese péndulo y su peso:


donde m es la masa, l la longitud de la pierna, g la aceleración de la gravedad y V la velocidad. Teóricamente, la transición de la marcha (siempre al menos un pie en contacto con el suelo) a la carrera se produce alrededor de Fr = 0,5. Para una pierna de 1 metro de longitud, esa transición se produce a los 2,2 metros por segundo (casi 8 km/h). Pero la plusmarca mundial de los 20 kilómetros marcha, establecida en 1:17:21 por el ecuatoriano Jefferson Pérez en 2003, implica una velocidad de 4,3 metros por segundo (15,5 km/h). Evidentemente, se trata de una simplificación muy burda; al sustituir la pierna por un péndulo rígido, no se tienen en cuenta ni los movimientos del pie, ni la flexión de la rodilla ni el bamboleo de las caderas. De todos modos, queda claro que los marchadores caminan al límite; no es extraño, en estas circunstancias, que de vez en cuando los pillen con los dos pies en el aire. ¡No se puede luchar contra la física!

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