Noile cercetări ajută la demonstrarea modului în care pot apărea turbulențe fără inerție - ScienceDaily
Oricine a zburat într-un avion știe despre turbulențe sau când fluxul unui fluid - în acest caz, fluxul de aer peste aripi - devine haotic și instabil. De mai bine de un secol, domeniul mecanicii fluidelor a susținut că turbulența se întinde cu inerția și astfel lucrurile masive, cum ar fi avioanele, au un timp mai ușor de cauzat.
Acum, cercetările conduse de inginerii de la Universitatea din Pennsylvania au arătat că această tranziție la turbulență poate avea loc deloc fără inerție.
Studiul a fost realizat de profesorul asociat Paulo E. Arratia și studentul licențiat Lichao Pan, ambele din cadrul Departamentului de Inginerie Mecanică și Mecanică Aplicată al Școlii de Inginerie și Științe Aplicate a lui Penn. Au colaborat cu profesorul Christian Wagner de la Universitatea Saarland din Germania și cu profesorul Alexander Morozov de la Universitatea Scoției din Edinburgh.
A fost publicat în revista Physical Review Letters.
Unul dintre cele mai fundamentale concepte în dinamica fluidelor este numărul Reynolds. Numit după Osborne Reynolds, fizicianul de la sfârșitul celui de-al 19-lea, care a demonstrat cum fluidul care curge printr-o conductă a trecut la o stare turbulentă. Numerele lui Reynolds descriu raportul dintre forțele vâscoase și forțele inerțiale pentru un fluid dat și condițiile în care curg. Numerele reduse ale lui Reynolds sunt asociate cu fluxul „laminar”, care este neted și ordonat, în timp ce numerele mari ale Reynolds sunt asociate cu fluxul turbulent, care este neliniar și haotic.
În fluxul laminar sau liniar, există o relație directă între forța aplicată fluidului și cât de repede se mișcă. Când forța aplicată este îndepărtată, forțele vâscoase opresc mișcarea fluidului. Cu fluxuri turbulente sau neliniare, această relație nu mai este directă. Acest lucru se datorează faptului că forțele inerțiale mențin fluidul în mișcare chiar și după îndepărtarea forței aplicate. Amestecând scurt o ceașcă de cafea cu o lingură, cafeaua se va învârti timp de minute, dar același efect nu poate fi obținut cu o ceașcă de miere.
„Ceea ce a sugerat elegant Reynolds a fost că forța care face ca lucrurile să meargă neliniar sau neregulat este inerția, deoarece inerția este o forță neliniară în sine”, a spus Arratia. „Pe măsură ce apa curge mai repede, are mai multă inerție și astfel devine mai turbulentă, ceea ce puteți vedea în timp ce întoarceți robinetul de la robinetul din chiuvetă.”