_ Cercetările sugerează cum poate fi turbulența folosit pentru a genera modele

Mișcarea turbulentă a unui râu care se prăbușește sau scurgerea unui motor cu reacție este haotică: adică nu conține niciun model evident.

Dar conform unui nou studiu , modelele regulate pot apărea din mișcarea turbulentă a fluidelor. Ceea ce aveți nevoie este o proprietate intrigantă numită „vâscozitate ciudată” care apare în anumite condiții, cum ar fi atunci când particulele din fluid se rotesc toate în aceeași direcție. Deși este o circumstanță specializată, există multe contexte în natură în care poate exista o versiune a acestui efect, cum ar fi coroana soarelui și vântul solar.

„Acest efect surprinzător se poate adăuga la creșterea cutie de instrumente pentru a controla și modela turbulențele”, a spus Michel Fruchart, fost cercetător postdoctoral la UChicago, acum facultate la Centrul Francez Național de Recherche Scientifique (CNRS) și co-primul autor al lucrării care descrie descoperirile.

În ciuda cât de multe am învățat despre fizica clasică în ultimele secole. , există o problemă care încă rezistă la o explicație completă: fenomenul cunoscut sub numele de turbulență. Deși turbulența apar în fiecare zi în jurul nostru - de la norii care se agita în atmosferă deasupra capului până la sângele care curge prin vasele noastre - nu este încă la fel de bine înțeleasă ca alte fenomene fizice comune.

„Turbulența ar putea fi obișnuită. în natură, dar este încă doar parțial înțeles”, a spus Xander de Wit, co-primul autor al publicației și doctorand la Universitatea de Tehnologie Eindhoven.

Acest lucru se întâmplă în ciuda faptului că, dacă am putea înțelege și controla turbulențele, am putea realiza multe descoperiri; poate am putea proiecta aripi de avion, motoare și turbine eoliene mai eficiente, de exemplu.

Cu toate acestea, există lucruri pe care oamenii de știință le știu despre turbulențe. Dacă agitați o sticlă de apă, veți vedea formându-se vârtejuri. Ele încep la aproximativ dimensiunea lungimii sticlei; apoi vârtejurile se împart în vîrtejuri mai mici, apoi din nou în vîrtejuri mai mici, și așa mai departe, până când vîrtejurile se risipesc. Aceasta este cunoscută ca o cascadă. Dar dacă faceți același lucru, dar limitați apa într-un strat subțire, vârtejurile se vor îmbina pentru a forma un vârtej mare - Marea Pată Roșie de pe suprafața lui Jupiter este un exemplu al acestui fenomen, a spus Fruchart.

Grupul de oameni de știință s-a întrebat dacă este posibil să se facă și să țină vârtejuri de dimensiuni medii – nici un vârtej mare, nici unul din ce în ce mai mic.

Răspunsul este da – dacă fluidul dvs. are afișează o proprietate cunoscută prin termenul „vâscozitate ciudată”.

Vâscozitatea înseamnă de obicei o măsurare a cât de greu este de amestecat – de exemplu, este mai greu să amesteci un borcan cu miere decât un borcan cu apă. La vâscozitate normală, mișcarea disipă energia pe care i-ați injectat-o ​​prin amestecarea cu lingura. Dar „vâscozitatea ciudată” schimbă modul în care obiectele se mișcă, dar nu disipă energia. A fost văzut în anumite condiții rare în laborator.

Cercetătorii au construit o simulare în care particulele au afișat o vâscozitate ciudată - în acest caz, făcând toate particulele fluidului să se rotească ca niște vârfuri. Apoi, modificând parametrii, cum ar fi cât de repede se vor învârti particulele, cercetătorii au găsit o surpriză. La un moment dat, ei au început să vadă modele în loc de vârtejuri aleatorii.

„Trucul, am descoperit, este de a crea o cascadă mixtă, în care vârtejurile mari tind să se despartă, iar turbioanele mici tind să se îmbine.” spuse Fruchart. „Dacă obțineți echilibrul corect, vedeți formarea tiparelor.”

„Când am văzut pentru prima dată aceste efecte, nu am înțeles pe deplin la ce ne uităm, dar se putea spune că era ceva diferit chiar și cu ochiul liber”, a spus coautorul studiului și doctoratul UChicago. .D student Tali Khain. „A trebuit să dezvoltăm o teorie pentru a explica acest lucru, iar asta a fost cu adevărat interesant.”

Deși nu toate particulele din fluide se rotesc ca vârfurile, există exemple în natură. De exemplu, electronii sau gazele poliatomice dintr-un câmp magnetic se comportă în acest fel.

„Pe lângă soare și vântul solar, există diverse contexte în care poate exista o versiune a acestui efect, inclusiv fluxurile atmosferice, plasme și materie activă”, a spus profesorul UChicago Vincenzo Vitelli, unul dintre autorii principali ai lucrării.

Pe măsură ce oamenii de știință lucrează pentru a dezvolta o înțelegere mai deplină a descoperirilor lor, ei speră că va duce la o mai bună înțelegerea interacțiunii dintre turbulențe și valuri în fluxurile turbulente.

„Suntem abia la început”, a spus Vitelli, „dar sunt fascinat de ideea că poți lua o stare turbulentă care este epitomul de haos și folosiți-l pentru a crea modele - aceasta este o schimbare profundă făcută doar printr-o răsucire la cea mai mică scară."

(Fluierul)