William Froude
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William Froude. Fue un inventor, matemático, Ingeniero hidráulico y arquitecto naval, famoso por inventar entre otras cosas un tipo de prensa hidráulica e investigar con gran acierto temas relacionados con la navegación, siendo el primero en establecer leyes fiables respecto a la resistencia que el agua ejerce al avance de los navíos, y a calcular su estabilidad.
Sumario
Síntesis biográfica
Nació en Dartington (Devon, Inglaterra), el 28 de noviembre de 1810. Él era el hermano de James Anthony Froude, historiador y Hurrell Froude, escritor y sacerdote. William se casó con Catherine Elizabeth Holdsworth Henrietta, hija del gobernador de Dartmouth, magnate mercantil y miembro del Parlamento Arthur Howe Holdsworth. Estudió en Oxford, donde se graduó en Matemáticas en 1832.
Trayectorial laboral
Comenzó a trabajar como topógrafo para los ferrocarriles del sureste de Inglaterra. En 1837 fue encargado de la construcción de un tramo del ferrocarril de Bristol a Exeter; allí desarrolló un método empírico para el trazado de curvas de transición. Estas curvas permiten un aumento gradual de la curvatura de los raíles desde un tramo recto a otro circular, de manera que la variación de la fuerza centrífuga que sufren los pasajeros es también gradual.
En 1868 escribió una memoria titulada "Experiments upon the resistance of ships" la cual fue aprobada por el Almirantazgo británico, el cual destinó 2000 libras esterlinas para la construcción de un canal en Torquay, al SW de Inglaterra. El canal tenía 85 m de longitud, 10,97 m de ancho y 2,74 m de profundidad, y tenía un carro de madera movido por un cabo y una maquinilla de vapor, y provisto de un dinamómetro, remolcaba los modelos a velocidades ente 30 y 305 m/min. De acuerdo con Froude, el principio fundamental del método experimental se basa en que la resistencia al remolque de un objeto (carena) depende de dos causas: 1) la resistencia de fricción debida a su superficie y que viene condicionada por la viscosidad; 2) la resistencia residual que depende de la forma y está condicionada por la gravedad. Una vez construido el canal de Torquay en 1872, Froude realizó ensayos con tablas planas, de poco grosor (4,76 x 482,6 mm), y distintas longitudes (entre 0,61 y 15,24 m) y diferentes acabados (diferentes rugosidades), luego aplico los resultados obtenidos a la carena para calcular su resistencia de fricción. Por esta aproximación fue criticado su método, ya que no se tendrían iguales resultados para un objeto tridimensional que para un plano.
Trayectoria científica
En 1858 inventó un freno hidrodinámico industrial que lleva su nombre. Más tarde desvió su interés hacia el estudio de la estabilidad de los barcos. Fue el primero que formuló leyes fiables para calcular la resistencia que el agua ofrece al movimiento de los navíos y para predecir su estabilidad.
Muerte
Murió mientras estaba de vacaciones (como invitado oficial de la Royal Navy) en Simonstown, Sudáfrica el 4 de mayo de 1879 y fue enterrado allí con todos los honores navales.
Aporte
Su principal aportación a la ingeniería naval fue el número de Froude, que relaciona las fuerzas de inercia y de gravedad que actúan sobre un fluido. Al ser un número sin dimensiones, permite realizar experimentos con modelos a escala en canales de ensayos hidrodinámicos y extender los resultados a barcos de tamaño real.
El propio Froude construyó el primer canal de ensayos en Torquay. El número de Froude se sigue utilizando actualmente en el diseño de canales, embalses, puertos y navíos, así como en meteorología.
Una de las aplicaciones más curiosas del número de Froude es la de la dinámica de la locomoción bípeda: El sistema se aproxima como un péndulo invertido cuyo centro de masas recorre un arco circular centrado en el pie. El número de Froude es la razón entre la fuerza centrípeta que sufre ese péndulo y su peso:
donde m es la masa, l la longitud de la pierna, g la aceleración de la gravedad y V la velocidad. Teóricamente, la transición de la marcha (siempre al menos un pie en contacto con el suelo) a la carrera se produce alrededor de Fr = 0,5. Para una pierna de 1 metro de longitud, esa transición se produce a los 2,2 metros por segundo (casi 8 km/h). Pero la plusmarca mundial de los 20 kilómetros marcha, establecida en 1:17:21 por el ecuatoriano Jefferson Pérez en 2003, implica una velocidad de 4,3 metros por segundo (15,5 km/h). Evidentemente, se trata de una simplificación muy burda; al sustituir la pierna por un péndulo rígido, no se tienen en cuenta ni los movimientos del pie, ni la flexión de la rodilla ni el bamboleo de las caderas. De todos modos, queda claro que los marchadores caminan al límite; no es extraño, en estas circunstancias, que de vez en cuando los pillen con los dos pies en el aire. ¡No se puede luchar contra la física!
Este modelo representa la máquina inventada por William Froude en 1872 para moldear, a partir de un plano de formas, los modelos de casco en cera de parafina que eran usados en sus experimentos pioneros en canal de experiencias. El modelo de casco era modelado de forma adecuada por medio de un par de cortadores rotativos simétricos, uno a cada lado, ajustando al valor correcto las líneas de agua del casco en niveles sucesivos, para dar lugar al modelo de casco con dimensiones precisas y ajustados a los valores del plano de formas. El acabado final del modelo era realizado con rascadores de mano.
