Arcos y puentes naturales, columnas, bóvedas y otras formaciones exóticas de arenisca fascinan con su forma extraordinaria y su estabilidad absolutamente incomprensible. Siempre han sido una fuente de sorpresa y curiosidad para muchas generaciones de científicos, y la gente común a veces tomaba estas estatuas como "saludos" de civilizaciones antiguas o incluso de extraterrestres. En general, estaba claro que sus principales arquitectos fueron el viento, el agua y el sol, pero hasta hace poco, la razón de sus formas no triviales seguía siendo un misterio.
El primer estudio teórico y experimental sólido de los mecanismos de erosión que subyacen a la formación de arcos naturales fue realizado hace tres años por matemáticos de la Universidad Charles de Praga. Descubrieron que las formas surgen de la autoorganización única de los granos de arena dentro de los estratos de arenisca. Los científicos plantearon la hipótesis de que la erosión natural elimina principalmente el material no estresado, que es "ineficaz" en términos de distribución de carga. La razón de este comportamiento radica en la ley de la fricción seca: cuanto más fuertes son las partículas de material comprimidas por las capas adyacentes de material, más difícil es separarlas.
Los investigadores de Skoltech estaban fascinados por la idea de sus colegas de Praga y continuaron estudiando la cuestión de los mecanismos de formación de tales estructuras. Decidieron considerar el fenómeno de la erosión como un proceso de optimización de la forma (la optimización de la forma ahora se usa ampliamente en la industria moderna, cuando los ingenieros y arquitectos mejoran la forma y la estructura de las estructuras que erigen, donde se necesitan tanto resistencia como ligereza). Y luego, para probar su idea, los científicos crearon un programa matemático que describe el proceso de erosión eólica y, con su ayuda, construyeron un arco utilizando un modelo informático de la capa de arenisca. El modelo de arenisca constaba de muchos cubos casi sin relación, que actuaban sobre los vecinos con cierta fuerza. Si esta fuerza excedía un cierto valor, entonces el viento no podría mover el "cubo" de su lugar,de lo contrario, desapareció de la formación después de un cierto período de tiempo, informa RIA Novosti.
norte
Experimentando con este modelo, los científicos rusos confirmaron la idea de sus colegas checos y revelaron varios principios físicos que explican cómo nacen las columnas y los arcos. En su forma más general, demostraron que el viento juega el papel de una especie de "computadora" que intenta dar forma a la capa de arenisca de tal forma que se acumule una cantidad mínima de energía de deformación elástica en su interior, eliminando gradual y accidentalmente los elementos más débiles de la estructura.
Inicialmente, este proceso avanza rápidamente, pero después de varios cientos de años, cuando la forma de una columna o arco ya se acerca al ideal, la erosión se ralentiza bruscamente, ya que casi todos los "cubos" comienzan a adherirse entre sí con gran fuerza. Gracias a esto, los arcos y columnas de montaña reales pueden existir durante millones de años en una forma casi intacta.
Tales conclusiones son importantes no solo para ingenieros y geólogos, sino también para personas que buscan rastros de vida extraterrestre. Ahora, como enfatizan los matemáticos rusos, tales estructuras, que, por ejemplo, pueden descubrirse en Marte, en principio no pueden considerarse rastros de civilizaciones extraterrestres.
