Entrades amb l'etiqueta ‘ginys útils’

Bernoulli, allò que és inútil, i el que és útil

dijous, 12/10/2017

L’any 1738, el matemàtic holandès Daniel Bernoulli, en el seu llibre sobre hidrodinàmica, va exposar l’equació que relaciona la velocitat i la pressió en fluids no viscosos en base a la conservació de la seva energia. Bernoulli va veure que, en els fluids estables i incompressibles, la suma de tots els termes d’energia al llarg de qualsevol línia de corrent és idèntica a tots els seus punts (vegeu la nota al final). De fet, el seu resultat és conseqüència de les lleis de Newton: si un petit volum de líquid flueix per una canonada plana i va d’una zona d’alta pressió a una altra de baixa pressió, experimenta més força al darrere que al davant i això fa que aquest volum s’acceleri al llarg de la línia de corrent. El principi o equació de Bernoulli és un bon exemple de troballa científica, perquè descobreix noves lleis de la natura i ens ajuda a entendre una mica més el món. Però, ben mirat, no sembla que hagi de ser molt útil, oi?

Fa pocs dies, un company em va passar un escrit deliciós. El va escriure l’Abraham Flexner l’any 1939, i parla de la utilitat del coneixement inútil. En Flexner explica que el món és un lloc perdut i confús, però que els poetes, artistes i científics sempre han estat capaços d’ignorar els factors que els haguessin pogut paralitzar i bloquejar. Observa que mentre que la vida intel·lectual i el cultiu de l’esperit són activitats inútils si les mirem des d’un punt de vista pràctic, acaben produint una forta satisfacció a qui les exerceix. Ara bé, el que és interessant és que aquesta activitat creativa dels científics, que moltes vegades no té altre objectiu que la cerca del plaer associat a les troballes i descobriments, genera, de manera inesperada, resultats útils que ens acaben canviant la vida. Explica que la característica probablement més rellevant del pensament modern és la curiositat. I que aquesta, per poder volar lliurement, no pot coartar-se. Els exemples que presenta, de Galileo a Newton, de Maxwell a Hertz, d’Euclides a Gauss i molts altres, són definitius. Tots ells van ser extraordinàriament creatius perquè van gaudir, en paraules d’Abraham Flexner, d’una llibertat acadèmica absoluta sense cap compromís, la qual cosa va acabar tenint una importància cabdal en els seus descobriments. I, al cap d’uns anys, les troballes de tots ells van possibilitar l’invent de sistemes i ginys que ara usem cada dia. Flexner proposava per tant que les institucions d’ensenyament superior haurien de tenir com a objectiu el cultiu de la curiositat sense considerar cap tipus d’aplicabilitat immediata (cosa que serveix per als científics però també per poetes, artistes i altres àmbits creatius). Perquè no som massa lluny els uns dels altres, com bé ens explicava, fa poc, en George Steiner. Cal dir que l’Abraham Flexner va ser director de l’Institut d’Estudis Avançats de Princeton, un lloc privilegiat on els investigadors d’elit no tenen deures, només oportunitats i bones condicions per poder pensar i crear.

Bernoulli no va pensar en la utilitat de les seves equacions. Les va obtenir mogut per la curiositat, va gaudir-ne, i va tenir la satisfacció de veure que era una bona explicació del que passava a la realitat. Però durant 170 anys, el seu principi va romandre tancat als laboratoris i a les universitats de ciències. Era una llei interessant però força inútil. Finalment, a principis del segle XX, l’alemany Martin Wilhelm Kutta i el rus Nikolai Jukovski la van utilitzar per demostrar el teorema que porta el seu nom, el de Kutta-Joukowski. Aquest va ser el resultat que permetre dissenyar bones ales i construir ginys que per primera vegada a la historia van emular el vol dels ocells. El teorema de Kutta-Joukowski explica per què l’aire flueix més ràpidament per damunt de l’ala que no per sota, i per què les ales dels avions fan que puguin volar sense caure. El resultat estrany i quasi poètic de les troballes de Bernoulli, passat per la mà de Kutta i Jukovski, el podem admirar cada vegada que veiem enlairar-se un avió o un helicòpter.

Ara, al segle XXI, estem tornant a recuperar Bernoulli. Perquè, mentre que la revolució industrial va substituir els vaixells de vela pels de motor, l’actual crisi ambiental ens torna a obrir els ulls a l’ús del vent. El vent és una solució òptima pel transport marítim perquè és sostenible, de fàcil accés, de baix cost i perquè no genera emissions. Els sistemes de propulsió de vaixells assistits pel vent es poden basar en diverses solucions: veles rígides, rotors Flettner, o aerogeneradors entre d’altres. Totes elles actuen com a sistemes auxiliars que permeten reduir el consum de combustible quan fa vent. La imatge de dalt, que he obtingut d’aquesta pàgina web, mostra un exemple de vaixell amb veles rígides. Consisteix en diverses làmines aerodinàmiques verticals, que poden girar per adaptar-se a la direcció del vent. Estan fetes de material dur, per millorar la fiabilitat de tota l’estructura, i poden incloure flaps per augmentar la seva eficiència. És una solució òbvia i ben elegant, que sembla estrany que hàgim trigat tant de temps en descobrir, mentre estàvem ben abduïts pel gasoil.

Mira per on, el principi de conservació de totes les formes d’energia mecànica al llarg de qualsevol línia de corrent de l’aire en moviment, que Bernoulli va formular fa 280 anys, és el que ajudarà els vaixells a navegar amb energia verda. Una demostració més de la utilitat del coneixement inútil.

———

Per cert, la Marina Garcés diu que la seva Barcelona és una ciutat a la qual no li agrada el poder, una dona lliure, una princesa que no vol regne ni marit. Diu també que els colors amables del mapa dels estats al món són el resultat de la geografia de la guerra.

———

NOTA: Bernoulli va veure que, en els fluids estables i incompressibles, la suma de totes les formes d’energia mecànica al llarg de qualsevol línia de corrent és idèntica en tots els seus punts. Aquesta suma, a la formulació de l’equació de Bernoulli, té tres termes: el d’energia cinètica que depèn del quadrat de la velocitat, el d’energia potencial gravitatòria que només es modifica si el fluid puja o baixa, i el de pressió dinàmica que és proporcional al valor de la pressió.