Las bolas de turbulencia se aíslan usando anillos de vórtice – Physics World

Investigadores en los EE. UU. han aislado una bola de turbulencia dentro de un tanque de agua y la han sostenido disparando anillos de vórtice desde las esquinas del tanque. Guillermo Irvine y sus colegas de la Universidad de Chicago dicen que su nueva técnica podría conducir a una transformación en la forma en que se estudia experimentalmente la turbulencia.

Desde remolinos en una corriente hasta remolinos de gas en el espacio interestelar, la turbulencia sustenta el comportamiento de muchos sistemas diferentes en la naturaleza. Sus principales características son fáciles de detectar e incluyen fluctuaciones irregulares y erráticas de velocidad y presión. Sin embargo, a pesar de su ubicuidad, los investigadores luchan por describir exactamente cómo se comportan los fluidos turbulentos.

“La turbulencia aparece en todas partes a nuestro alrededor, pero sigue eludiendo lo que los físicos consideran una descripción satisfactoria”. Irvine explica. “Por ejemplo, si pregunta, ¿puedo predecir qué sucederá a continuación cuando toque esta región de turbulencia? La respuesta es no. Ni siquiera realmente con una supercomputadora”.

Perturbaciones controladas

Si bien la turbulencia se puede crear y estudiar en el laboratorio, es muy difícil evitar que un fluido turbulento interactúe con las paredes de su recipiente o con el aparato de agitación utilizado para generar la turbulencia. Hasta ahora, este contratiempo ha impedido que los físicos comprendan cómo evolucionan los fluidos turbulentos con el tiempo si no se les altera, o cómo responden a perturbaciones controladas.

Para hacer frente a este desafío, el equipo de Irvine buscó crear una región de turbulencia completamente aislada utilizando anillos de vórtice. Estos son remolinos circulares de fluido que generan turbulencias cuando chocan entre sí.

Al principio, Irvine y sus colegas hicieron esto colocando chorros anulares generadores de vórtices en cada extremo de un tanque de agua. El agua se sembró con burbujas para visualizar los movimientos de los anillos. Aunque inicialmente se observó turbulencia, los flujos finalmente se recombinaron para crear nuevos conjuntos de anillos, que se desviaron del punto original de colisión.

Ocho anillos de vórtice

En su último estudio, el equipo de Irvine colocó un jet circular en cada esquina del tanque, con resultados mucho más interesantes. Cuando los ocho anillos de vórtice chocaron, crearon una bola de turbulencia más o menos esférica en el centro del tanque. La bola no solo estaba completamente aislada de las paredes del tanque; podría sostenerse simplemente disparando más anillos de vórtice en el tanque periódicamente.

“Nadie sabía que esto era posible”, dice un miembro del equipo. Takumi Matsuzawa. “La turbulencia es muy buena para mezclar cosas; si mezcla su leche con su café, solo puede hacer uno o dos remolinos antes de que se mezcle por completo. El hecho de que podamos contenerlo en su lugar es muy sorprendente”.

Es como sentarse tranquilamente en un campo con un picnic y ver una tormenta que ruge a 50 pies de distancia.

Guillermo Irvine

Con esta configuración, el equipo pudo combinar anillos de vórtice como bloques de LEGO, controlando parámetros que incluyen la energía y la helicidad de los anillos, esta última describiendo si los vórtices giraban en sentido horario o antihorario.

¿Es el flujo turbulento universal después de todo?

A su vez, podían ajustar los parámetros de la turbulencia dentro de la bola y luego observar cómo evolucionaba a medida que la sostenían con más anillos de vórtice, o cómo se disipaba cuando dejaban de agregar nuevos anillos. “Es como sentarse tranquilamente en un campo con un picnic y observar una tormenta que ruge a 50 pies de distancia”, describe Irvine.

Los investigadores ahora esperan que su trabajo pueda conducir a un gran avance en el desarrollo de nuevas técnicas para estudiar la turbulencia. Al esculpir flujos turbulentos utilizando anillos de vórtice, sugieren que la turbulencia podría tratarse como un estado de la materia con características que pueden controlarse y manipularse cuidadosamente.

A su vez, esto podría allanar el camino para una amplia gama de nuevos experimentos, explorando muchos ejemplos diferentes de flujos turbulentos en la naturaleza. “Realmente espero que esto pueda ayudar a abrir un nuevo patio de recreo en el campo”, dice Irvine.

La investigación se describe en Física de la naturaleza.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/balls-of-turbulence-are-isolated-using-vortex-rings/