¿Por Qué Los Árboles En Todas Partes Se Rompen A La Misma Velocidad Del Viento?

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Los árboles tienden a romperse a la misma velocidad del viento sin importar su tamaño, forma o material, según ha encontrado un nuevo estudio.

Una nueva investigación sugiere que se trate de un álamo delgado, un pino de cáscara nudoso o un roble robusto, que tienen diferentes características: sus ramas tienden a romperse cuando son azotadas por vientos de cierta velocidad.

Los investigadores encontraron que muchas de las características de los árboles, como la suavidad o el tamaño de la madera, tienden a contrarrestarse entre sí.

Mientras que un árbol más grande tiene un tronco más robusto para resistir las fuerzas del viento, "un árbol alto sufre fuerzas aerodinámicas más grandes debido a su mayor exposición al viento y tiene defectos estadísticamente mayores y, por lo tanto, una mayor posibilidad de romperse". Los investigadores hallaron que los pros y los contras de los árboles más grandes y más pequeños tienden a cancelarse unos a otros. "[Vea los árboles más altos de la Tierra]

Rompiendo madera

Siglos atrás, Leonardo da Vinci y Galileo intentaron cuantificar qué tan bien resistirían las vigas de madera. Crearon relaciones de escalamiento que muestran que la fuerza crítica requerida para doblar y disparar una viga aumentó exponencialmente con el diámetro de la viga, y cayó con la longitud de la viga. Sin embargo, da Vinci, Galileo y otros científicos no estuvieron de acuerdo en cuanto a cuánto afectó el diámetro de la viga a la fuerza crítica requerida para romperla. Aunque la ciencia finalmente se estableció en una relación directa, la razón de la discrepancia en estos primeros experimentos nunca se resolvió por completo.

Pero en enero de 2009, amplias franjas de Francia experimentaron la ira de una gran tormenta llamada "Klaus", que arrancó casi 210 millones de pies cúbicos (6 millones de metros cúbicos) de madera. Los investigadores que cartografiaron el daño a los árboles notaron que la velocidad máxima del viento en un área estaba fuertemente correlacionada con la cantidad de árboles que se rompieron, ya sea que hayan sido arrancados o cortados como si fueran fósforos. Curiosamente, tanto los árboles de madera dura, como los robles, como los pinos de madera blanda, parecían igualmente afectados.

Defectos y efectos de tamaño.

Emmanuel Virot, candidato a doctor en mecánica en la École Polytechnique de París, y sus colegas se preguntaban por qué a los árboles más duros no les iba mejor. Primero, pesaron un extremo de las varillas hechas de madera de haya y de grafito con cubos de agua, determinando cuánto peso se requería para curvar varillas de diferentes materiales, longitudes y diámetros.

Curiosamente, encontraron una discrepancia entre sus números y los predichos por la ley de Hooke, que relaciona la fuerza aplicada a un objeto elástico con su deformación. Se preguntaron si la discrepancia se produjo porque no habían tenido en cuenta el estrés dentro de la madera.

"Las varillas de madera tienen estrías y cables [o las varillas de grafito] tienen grietas que disminuyen la resistencia a la rotura", escribieron los investigadores en el documento, que se publicó el 3 de febrero en la revista Physical Review E.

Se dieron cuenta de que los árboles inevitablemente tendrían nudos y otros tipos de imperfecciones también. Así que se refirieron a otro trabajo, que mostró que en trozos de material lo suficientemente grandes, el número de imperfecciones en ese material aumenta con la raíz cuadrada del diámetro del material.

Luego, querían ver cómo una velocidad uniforme del viento, que golpea por igual a todas las partes del tronco de un árbol, afectaría sus cálculos (la ponderación de un extremo de una barra no captura de manera realista lo que es estar en un clima tormentoso). Cuando procesaron sus números, encontraron que la velocidad crítica del viento necesaria para romper un árbol era un factor de la fuerza de la madera, la densidad del aire, la forma del árbol y el diámetro y la longitud del árbol.

Cancelando

Curiosamente, sin embargo, todos estos factores solo tuvieron un ligero efecto en la velocidad crítica del viento, y tendieron a cancelarse mutuamente. Por ejemplo, los árboles con troncos más grandes y pesados ​​tienden a tener más fallas internas y también tienen más área de superficie expuesta al viento. El resultado final fue que la mayoría de los árboles tendían a romperse cuando los vientos alcanzaban las 94 millas por hora (151 kilómetros por hora).

Los hallazgos podrían tener implicaciones para proteger los bosques en un mundo con un clima que cambia rápidamente, escribieron los investigadores en el artículo.

"Incluso si este trabajo sugiere que el daño del bosque no depende en gran medida de las características de los árboles, el modelo del estudio brinda algunas pistas para diseñar bosques más resistentes, lo que podría ayudar a enfrentar la duplicación de la frecuencia de tormentas extremas que se espera para el final del siglo XXI. Siglo ", dijeron los investigadores en un comunicado.

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