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Física flotando en el río: cuando la red se queda atrapada en un círculo vicioso

Física flotando en el río: cuando la red se queda atrapada en un círculo vicioso

En los vasos sanguíneos, las venas de las hojas y los sistemas fluviales, los físicos ven las llamadas redes de transporte. ¿Bajo qué condiciones estas redes crean bucles que hacen que todo el sistema sea resistente a daños? Así lo describió, entre otros, el equipo de la Universidad de Varsovia.

Resulta que el entramado de redes es desigual. “Las estructuras arbóreas son eficaces para el transporte, pero las redes con anillos son más resistentes a los daños”, afirma el profesor. Piotr Szymczak, de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, es coautor del trabajo. «Nuestro objetivo a largo plazo es determinar las condiciones necesarias para que aparezcan bucles en las redes en evolución».

Los resultados de la investigación, publicados en «Cartas de revisión física», Se muestra que las redes tienden a formar estructuras de anillo estables con un nivel apropiado de fluctuaciones de flujo. Este descubrimiento nos permitirá comprender mejor la estructura de las redes de transporte dinámicas: leemos sobre ello en un comunicado de prensa de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia.

Incluso formaciones aparentemente similares, como los deltas de los ríos, pueden tener formas diferentes. La desembocadura del río desde Wax Lake, Luisiana, EE. UU., hasta el océano Atlántico parece ramificarse como un árbol, con brazos más pequeños que llegan al océano. En cambio, el delta del Ganges-Brahmaputra en Bangladesh tiene un estuario lleno de anillos y pequeñas islas con numerosos canales que conectan los principales brazos del río.

(a) Red de canales alimentarios y vasos sanguíneos de la medusa Aurelia aurita (medusa) que distribuye nutrientes a sus tejidos. Aparecen nuevos canales en el borde exterior de la medusa, crecen hacia su estómago en el medio y se reconectan con partes existentes de la red, creando múltiples anillos. (Fuente: Stanislaw Zhukovsky, Facultad de Física, Universidad de Varsovia y Laboratorios de Materiales y Sistemas, Universidad de la ciudad de París). (b) Los vasos sanguíneos de la retina humana forman una densa red en la que los vasos adyacentes tienen muchas conexiones, lo que da lugar a numerosos anillos. (Fuente: Dr. Graeme Birdsey y profesora Anna M Randi, Imperial College London)

Lo que distingue a estos dos sistemas es la cantidad de fluctuaciones de flujo, que se forman por la salida de agua y las mareas oceánicas, que a veces pueden cambiar de dirección en la dirección opuesta.

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El anillo y el árbol.

La cuestión de qué condiciones ambientales podrían favorecer la formación de anillos en lugar de estructuras de árboles inspiró a científicos de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia y de la Universidad de Arkansas (EE.UU.) a investigar la estabilidad de los anillos en las redes de flujo.

Los resultados de la investigación muestran que las redes tienden a formar estructuras anulares estables cuando las fluctuaciones del flujo se ajustan adecuadamente.

En la publicación, los científicos las llaman “fluctuaciones de Ricitos de Oro”. Esta es una referencia al cuento de hadas sobre una niña que llegó a la casa de tres osos y trató de sentarse en tres sillas, comer tres cereales y acostarse en tres camas, pero cada vez sólo una de ellas era perfecta para ella. Lo mismo se aplica a las fluctuaciones: no basta con que se produzcan en la red de transporte para que empiecen a formarse bucles. El nivel de volatilidad debe ser «perfecto».

“Las redes fluviales pueden verse muy diferentes según el río y el mar: los datos geoespaciales nos brindan evidencia visual de las formas cambiantes de los deltas de los ríos y, al obtener nuevos datos sobre las características del flujo, podemos aprender más sobre la dinámica de su desarrollo. especialmente a través de épocas”. Un clima que cambia rápidamente”, añade el profesor John Shaw de la Universidad de Arkansas, que pasó casi un año en la Universidad de Varsovia gracias a una beca de la Fundación Fulbright. Esta publicación surgió de una combinación de observaciones geológicas, ecuaciones sedimentarias y métodos matemáticos de. física.

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Ríos y compañía

«Nuestra colaboración comenzó con los ríos, pero las conclusiones fueron más generales y aplicables a una clase muy amplia de redes de transporte», dice Radost Waskiewicz, autor principal del trabajo y estudiante de doctorado en la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia.

Los científicos han descubierto que la estabilidad de los bucles en las redes depende de la interacción entre la geometría de los canales del sistema y las fluctuaciones del flujo. Señalan que los bucles requieren fluctuaciones en la cantidad relativa de flujo entre nodos de la red, no sólo cambios en el flujo en un solo nodo, y que los bucles son más estables cuando las fluctuaciones no son ni demasiado pequeñas ni demasiado grandes para un componente de flujo constante.

“Si la naturaleza de las fluctuaciones cambia debido a factores externos, como la intervención humana o el cambio climático, pueden aparecer o desaparecer nuevos bucles dentro de las redes de transporte, cambiando la forma de la red – concluye el profesor Maciej Lisicki de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia. – Esperamos que esta observación conduzca a mediciones más precisas de los sistemas de transporte en la naturaleza y nos lleve un paso más hacia la comprensión de la reconstrucción dinámica de las redes de transporte.

Ciencia en Polonia

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