A mecânica sutil de uma avalanche como visto em 3-D

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Anonim

Com base no fato de que a neve em uma avalanche pode se comportar como um sólido e um fluido, um jovem pesquisador da EPFL e SLF conseguiu simular uma avalanche de placas de neve com precisão inigualável.

Uma avalanche é um evento extremamente complexo, com inúmeros parâmetros e variáveis ​​físicas entrando em ação desde o momento em que a avalanche é acionada até o final. Johan Gaume, pesquisador do Laboratório de Ciências Cryospheric (CRYOS) e SLF, criou uma simulação digital altamente precisa de uma avalanche baseada nesses parâmetros. Seu trabalho, que oferece uma visão sem precedentes sobre como funcionam as avalanches, poderia ser usado para melhorar o gerenciamento de risco nas montanhas. Foi publicado hoje na Nature Communications.

O jovem especialista em avalanche passou vários meses no ano passado na Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), trabalhando com especialistas em modelagem em 3D, alguns dos quais haviam trabalhado com os engenheiros da Disney para simular a neve no filme Frozen.

Combinar o conhecimento desses matemáticos com a expertise científica de Gaume acabou se tornando uma fórmula vencedora. Os matemáticos conseguiram aumentar a precisão de sua simulação de neve graças ao profundo conhecimento de Gaume e aos dados e observações de campo coletados e analisados ​​por Alec Van Herwijnen, colega de Gaume em SLF e co-autor do estudo.

Adotando toda uma nova abordagem, os pesquisadores suíços e norte-americanos criaram a primeira simulação realista, completa e cientificamente rigorosa de uma avalanche de placas de neve - um tipo de avalanche que ocorre quando uma rachadura linear muito clara aparece no topo da camada de neve. Isso geralmente acontece quando, em uma grande área, há uma camada de neve fraca - e portanto não muito coesa - sob a densa camada superior de neve, conhecida como laje. As avalanches de placas de neve são difíceis de prever e, muitas vezes, desencadeadas por esquiadores ou caminhantes, tornando-as as avalanches mais perigosas e mortais.

Agente duplo

"O que tornou nossa abordagem tão original foi que levamos em conta o fato de que a neve nesse tipo de avalanche se comporta como um sólido e um fluido", explica Gaume.

Uma avalanche de placas de neve é ​​geralmente acionada quando há uma carga extra - como um esquiador - na neve, ou quando a camada de neve é ​​desestabilizada de alguma outra forma, por exemplo, por uma explosão. Isso faz com que uma rachadura apareça na camada inferior da neve, que pode se espalhar rapidamente. Neste ponto, a neve está se comportando de acordo com os princípios da mecânica sólida. À medida que a rachadura se espalha, a estrutura porosa da camada fraca faz com que ela desmorone sob o peso da placa de superfície. Devido à sua massa e à inclinação, a laje é então liberada e começa a deslizar pela camada mais fraca. As colisões, fricções e fraturas que a neve sólida experimenta à medida que a camada superior desliza para baixo e se rompe levam a um comportamento coletivo característico de um fluido.

Os pesquisadores foram capazes de simular o colapso da camada inferior porosa pela primeira vez em grande escala usando uma abordagem contínua. Além disso, o modelo integra apenas os relativamente poucos parâmetros-chave que determinam como a neve se comportará nos vários estágios do processo; Estes incluem a dinâmica da fratura, atrito e o nível de compactação com base no tipo de neve.

Os pesquisadores pegaram emprestada uma técnica conhecida como método de ponto de material, que é usada para analisar como os materiais em movimento se comportam, mas nunca haviam sido aplicados no estudo da liberação de avalanche. Ele sustentou a nova abordagem dos pesquisadores para prever avalanches - e, portanto, preveni-los mais efetivamente também. "Além de aprofundar nosso conhecimento de como a neve se comporta, esse projeto poderia permitir avaliar com mais exatidão o tamanho potencial de uma avalanche, a distância percorrida e a pressão sobre quaisquer obstáculos no caminho da avalanche", diz Gaume.

As simulações do pesquisador também poderiam ser aplicadas nas artes - e especialmente em filmes de animação.

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