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1 de Septiembre de 2014
Historia de la ciencia

Una vida dedicada a la turbulencia

A comienzos del siglo XX, Ludwig Prandtl se aventuró a estudiar el flujo turbulento en líquidos y gases. Sus investigaciones sentaron las bases para una teoría general del fenómeno.

ARCHIVO DEL CENTRO AEROESPACIAL ALEMÁN

En síntesis

A principios del siglo XX, el físico alemán Ludwig Prandtl introdujo el concepto de capa límite: una noción clave en aerodinámica que simplificaba de manera notable la descripción matemática de los fluidos reales.

La aparición de vórtices turbulentos en el seno de la capa límite no resultaba fácil de explicar. La complejidad del problema atrajo a científicos de la talla de Werner Heisenberg, Lars Onsager y Andréi Kolmogórov.

Prandtl formuló una teoría general de la turbulencia hacia los últimos años de la Segunda Guerra Mundial. Como consecuencia del conflicto, buena parte de sus contribuciones han permanecido en la sombra hasta hace poco.

Entre los siglos XVIII y XX, la ciudad de Gotinga fue considerada por los naturalistas como una meca de las matemáticas y la física aplicada. En ella trabajaron eminencias como Carl Friedrich Gauss o Wilhelm Weber. La tradición prosiguió con el matemático Felix Klein, quien en 1895 y 1902 se encargó de atraer, respectivamente, a David Hilbert y Hermann Minkowski, dos de los matemáticos más prominentes de su tiempo. Pero Klein consideraba también fundamentales las disciplinas aplicadas, por lo que en 1904 incorporó al joven Ludwig Prandtl como profesor de física técnica en la Universidad de Gotinga. Al cabo de un año, Prandtl y el matemático Carl Runge serían nombrados directores del recién fundado Instituto de Matemática y Mecánica Aplicada.

¿Quién era Ludwig Prandtl? En 1898 había obtenido su título de ingeniero de máquinas en la Escuela Técnica Superior de Múnich; dos años después, se doctoraba con una tesis sobre la teoría de la elasticidad por la que muy pronto sería considerado una promesa de su disciplina. Más tarde se trasladó a Núremberg, donde trabajó como ingeniero para la empresa de maquinaria MAN. Arnold Sommerfeld, que por aquel entonces comenzaba su carrera como físico teórico, quedó tan fascinado por la tesis doctoral de Prandtl que no tardó en recomendarlo para un puesto en la Escuela Técnica Superior de Hannover. En 1901, el ingeniero de máquinas se convertía así en el profesor universitario más joven de Prusia.

 

UNA GRAN INTUICIÓN
Prandtl justificó pronto su cargo en Hannover con una original propuesta que, más tarde, pasaría a conocerse con el nombre de teoría de la capa límite. Su experiencia como ingeniero le había llevado a observar que, en las máquinas de extracción de virutas de madera y polvo de lijado, se producían inexplicables pérdidas de presión. «En uno de los grandes dispositivos de conducción de aire de la planta de Núremberg instalé un tubo acampanado para restablecer la presión. Pero esto no llegaba a ocurrir; en su lugar, se producía un desprendimiento de flujo», recordaría años después. Con la idea de investigar aquel fenómeno, el recién nombrado profesor construyó un túnel de agua, hoy conservado en el Museo Alemán de Múnich. Una rueda accionada a mano ponía el fluido en movimiento y, sobre una placa, se disponían una serie de objetos que quedaban así expuestos al fluido. A fin de visualizar el flujo y la formación de vórtices, Prandtl coloreaba el agua con hierro micáceo.

El investigador puso especial atención a lo que sucedía en los bordes de los objetos. Supuso que, al rodear un cuerpo, un fluido se pegaría a las paredes. En el caso de sustancias con poca viscosidad, a escasa distancia de la pared, la velocidad del fluido igualaba la del flujo libre. Por tanto, la velocidad debía aumentar de manera abrupta en una zona de transición muy estrecha. Solo en esa fina capa repercutiría la viscosidad, o el rozamiento interno de las partículas del fluido; fuera de ella, el sistema quedaría bien descrito por un fluido ideal.

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