Ce legătură există între ecuațiile matematice și valuri? Un studiu publicat în Science Direct, de Călin Iulian Martin prezintă rezultat al cercetării cu privire la spargerea valurilor pentru debite de apă variabile azimutal în coordonate cilindrice. Este vorba de analiza ecuațiilor neliniare cu derivate parțiale.
Acestea privesc tipul particular de singularitate la care asistăm prin spargerea valurilor, care este definită ca situația în care valul rămâne integru, până la timpul maxim de existență în care panta sa devine infinită. Accentul este pus pe problema undelor geofizice scrise în coordonate cilindrice, care sunt fixate într-un punct de pe Pământul rotativ, împreună cu suprafața liberă și condițiile rigide de frontieră de jos. Cel mai simplu tip de singularitate este considerat a fi situația în care soluția devine nelimitată în timpul finit.
Cum funcționează
Mai concret, potrivit studiului publicat de Călin Iulian Martin, o singularitate care provoacă spargerea valurilor apare atunci când funcția care reprezintă unda de suprafață rămâne limitată, dar panta sa devine infinită în timp finit. Undele de spargere transferă impulsul orizontal la curenții de suprafață, contribuie la amestecarea straturilor superioare ale oceanului, transportă sedimente în ape de mică adâncime și intensifică schimbul de gaze din mare.
Preocupările pentru a crea un model matematic care să explice acest fenomen natural nu sunt noi. Prima ecuație relevantă fizic pentru modelarea comportamentului valurilor lungi a fost elaborată în 1895 și a fost perfecționată în repetate rânduri. Dincolo de interesul pentru dezvoltarea științelor fundamentale și pentru înțelegerea teoretică a naturii, există un interes practic. Pe lângă studiul publicat de cercetătorul clujean, lumea științifică este intens preocupată de acest subiect.
Cercetătorii consideră că valurile oceanice acționează ca un tampon pentru schimburile dintre ocean și atmosferă. Ele contribuie la schimburile dintre ocean și atmosferă și la crearea unor condiții de mediu favorabile biodiversității marine.
Însă există și implicații economice. Unii cercetători spun că valurile mărilor și oceanelor au potențialul să genereze o cantitate suficientă de energie pentru a asigura consumul întregii planete, dar tehnologia necesară pentru a converti energia valurilor în energie electrică se află într-un stadiu incipient de dezvoltare.
Cercetătorii consideră că valurile sunt eficiente din punct de vedere energetic dacă au o capacitate de producție de energie electrică de 30 kW pentru fiecare metru liniar, iar la nivel global există aproximativ 800.000 de kilometri de coastă unde există frecvent astfel de valuri. Potrivit comisiei Intergovernmental Panel on Climate Change din cadrul Organizației Națiunilor Unite, la nivel mondial, valurile pot genera o cantitate teoretică de energie electrică de 32.000 TWh pe an, în condițiile în care producția totală de energie electrică anual în lume este de 28.000 TWh.
Inginerii de la Agenția Internațională pentru Energie Regenerabilă au lucrat la un scenariu plauzibil: dacă omenirea ar folosi doar 2 la sută din cei 800.000 de kilometri de coastă propice pentru tehnologia de producție de energie electrică din valuri, iar conversia de energie ar avea randamentul de 40 la sută, atunci omenirea ar putea produce 500 GW. România are, în prezent, o capacitate de producție de energie electrică generată de hidrocentale de 6 GW.
Cine este Călin Iulian Martin?
Călin Iulian Martin, de la Facultatea de Matematică și Informatică a Universității Babeș-Bolyai, este considerat unul dintre cei mai buni matematicieni. El este cotat printre cei mai buni 2 la sută savanți din lume, potrivit unui clasament publicat de universitatea clujeană. Călin Iulian Martin a predat și la Universitatea din Viena, iar în ultimii ani a încercat să creeze ecuații diferențiale care să explice fenomene precum spargerea valurilor. Aceste demersuri științifice ar putea influența producția de energie din întreaga lume.
