Miscarea turbulenta a fluidelorDr. Andrew Baggaley de la Şcoala de Matematică şi Statistică a Universităţii din Glasgow, a publicat o lucrare în revista Physical Review Letters care sporeşte înţelegerea mişcării haotice a fluidelor, cunoscută sub denumirea de mişcare turbulentă.

 

 

 

 

Un matematician de la Universitatea din Glasgow ajută la soluţionarea uneia dintre ultimele probleme nerezolvate din mecanica clasică.


Înţelegerea şi predicţia mişcării incredibil de complexe a gazelor şi lichidelor şi a felului în care acestea interacţionează le-a dat mari bătăi de cap oamenilor de ştiinţă.

O mai bună înţelegere a mişcării turbulente a fluidelor ar fi extrem de folositoare pentru o gamă largă de domenii, inclusiv prognoza meteo, ingineria aerospaţială şi astronomia.

Dr. Baggaley a creat un model matematic care descrie cum se comportă heliul lichid la scară cuantică atunci când este răcit la doar câteva grade peste zero absolut (-273 ˚C). La o temperatură atât de joasă, heliul lichid conţine atât un fluid obişnuit cu o caracteristică de vâscozitate sau frecare, cât şi ceea ce este numit un „superfluid” – o stare rară de materie lichidă ce este lipsită de frecare.

Simulările computerizate detaliate ale acestui model matematic ajută la înţelegerea legăturii dintre comportamentele aparent foarte diferite a superfluidelor la scară cuantică şi cele ale fluidelor clasice vâscoase, mai obişnuite, din jurul nostru.

„Avem cu toţi un oarecare nivel de înţelegere a mişcării turbulente din experienţele cotidiene. Spre exemplu, când înotăm, frecarea dintre braţele noastre şi apă creează o mişcare complexă pe o distanţă de circa un metru”, a explicat Dr. Baggaley.

„Când ieşim din bazin, mişcarea apei încetează pe măsură ce energia curenţilor pe care i-am creat se estompează, creând o serie de curenţi din ce în ce mai mici. În cele din urmă, energia cinetică provenită din mişcarea braţelor noastre este eliberată prin rotaţia apei la scări foarte reduse şi convertită în căldură.



„Aproape orice fluid din Univers este afectat de turbulenţă, la fel cum este şi apa din bazin. Deşi nivelul nostru de înţelegere a naturii turbulenţelor se îmbunătăţeşte, mişcarea aleatorie, haotică a acestor lichide şi gaze nu poate fi prezisă în totalitate.”

La nivel cuantic comportamentul superfluidelor devine mult mai puţin familiar. În loc de crearea curenţilor întâmplători de forţă variabilă, mişcarea de rotaţie din superfluidul de heliu fără frecare creează spontan găuri de dimensiuni atomice şi mărime uniformă, în jurul cărora fluidul circulă cu o rată constantă. În superfluidul de heliu găurile, cunoscute sub numele de vârtejuri cuantificate, sunt de circa 10 nanometri grosime sau de aproximativ 10.000 de ori mai subţiri decât un fir de păr uman.

Dr Baggaley a adăugat: „Ne gândim în mod obişnuit la mişcarea turbulentă ca la o sumă de curenţi care interacţionează la mărimi diferite. La temperaturi foarte joase, ciudăţeniile mecanicii cuantice devin evidente şi iniţial mişcarea fluidului pare foarte diferită. Fluidul îşi pierde frecarea, mişcarea de rotaţie din fluid este limitată şi aceste vârtejuri cuantice, care sunt asemenea unor mici tornade, străbat fluidul.

„Totuşi, munca noastră arată că aceste mici tornade au tendinţa de a se grupa şi de a determina ca mişcarea turbulentă cuantică să aibă aceleaşi proprietăţi statistice ca şi mişcarea turbulentă dintr-un fluid vâscos precum apa. Ceea ce la început a părut atât de straniu devine mult mai familiar.

„Aceste similarităţi, combinate cu natura mai simplă a acestor fluide cuantice, ne oferă şansa să punem într-o nouă lumină o problemă veche şi să ne îmbunătăţim nivelul de înţelegere a dinamicii fluidelor şi mişcării turbulente a acestora.

„Sper că cercetările care vor urma în următorii 10 ani ne vor oferi informaţii preţioase atât pentru mişcarea turbulentă cuantică, cât şi pentru cea clasică, ceea ce ar putea revoluţiona lumea în care trăim.”

Lucrarea doctorului Baggaley, intitulată „Vortex-Density Fluctuations, Energy Spectra, and Vortical Regions in Superfluid Turbulence”, este publicată în revista Physical Review Letters şi poate fi accesată aici.



Traducere realizată de Răzvan Gavrilă după Mathematician makes breakthrough in understanding of turbulence, cu acordul Phys.org.

Write comments...
symbols left.
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Be the first to comment.