Bolas de turbulência são isoladas usando anéis de vórtice – Physics World

Pesquisadores nos EUA isolaram uma bola de turbulência dentro de um tanque de água e a sustentaram disparando anéis de vórtice dos cantos do tanque. William Irvine e colegas da Universidade de Chicago dizem que sua nova técnica pode levar a uma transformação na forma como a turbulência é estudada experimentalmente.

Dos redemoinhos em uma corrente ao redemoinho de gás no espaço interestelar, a turbulência sustenta o comportamento de muitos sistemas diferentes na natureza. Suas principais características são fáceis de detectar e incluem flutuações irregulares e erráticas de velocidade e pressão. No entanto, apesar de sua onipresença, os pesquisadores lutam para descrever exatamente como os fluidos turbulentos se comportam.

“A turbulência aparece em todos os lugares ao nosso redor, mas continua iludindo o que os físicos consideram uma descrição satisfatória.” Irvine explica. “Por exemplo, se você perguntar, posso prever o que acontecerá a seguir quando eu cutucar essa região de turbulência? A resposta é não. Nem mesmo com um supercomputador.”

distúrbios controlados

Embora a turbulência possa ser criada e estudada em laboratório, é muito difícil evitar que um fluido turbulento interaja com as paredes de seu recipiente ou com o aparelho de agitação usado para gerar turbulência. Até agora, esse revés impediu os físicos de entender como os fluidos turbulentos evoluem ao longo do tempo se não forem perturbados ou como eles respondem a distúrbios controlados.

Para enfrentar esse desafio, a equipe de Irvine procurou criar uma região de turbulência completamente isolada usando anéis de vórtice. Estes são redemoinhos circulares de fluido que geram turbulência quando colidem uns com os outros.

No início, Irvine e seus colegas fizeram isso colocando jatos de anel geradores de vórtice em cada extremidade de um tanque de água. A água foi semeada com bolhas para visualizar os movimentos dos anéis. Embora a turbulência tenha sido observada inicialmente, os fluxos eventualmente se recombinaram para criar novos conjuntos de anéis, que se desviaram do ponto original de colisão.

Oito anéis de vórtice

Em seu último estudo, a equipe de Irvine colocou um jato de anel em cada canto do tanque – com resultados muito mais interessantes. À medida que os oito anéis de vórtice colidiam, eles criavam uma bola aproximadamente esférica de turbulência no centro do tanque. Não só a bola estava completamente isolada das paredes do tanque; poderia ser sustentado simplesmente disparando mais anéis de vórtice no tanque periodicamente.

“Ninguém sabia que isso era possível”, diz membro da equipe Takumi Matsuzawa. “A turbulência é muito boa em misturar as coisas; se você misturar o leite no café, só poderá dar uma ou duas voltas antes que fique completamente misturado. O fato de podermos contê-lo é muito surpreendente.”

É como sentar calmamente em um campo fazendo um piquenique e observar uma tempestade a 50 metros de distância.

William Irvine

Com essa configuração, a equipe pode combinar anéis de vórtice como blocos de LEGO – controlando parâmetros, incluindo a energia e a helicidade dos anéis – o último descrevendo se os vórtices giram no sentido horário ou anti-horário.

Afinal, o fluxo turbulento é universal?

Por sua vez, eles poderiam ajustar os parâmetros da turbulência dentro da bola e observar como ela evoluiu à medida que a sustentavam com mais anéis de vórtice – ou como ela se dissipou quando pararam de adicionar novos anéis. “É como sentar calmamente em um campo para fazer um piquenique e observar uma tempestade a 50 metros de distância”, descreve Irvine.

Os pesquisadores agora esperam que seu trabalho possa levar a um avanço no desenvolvimento de novas técnicas para estudar a turbulência. Ao esculpir fluxos turbulentos usando anéis de vórtice, eles sugerem que a turbulência pode ser tratada como um estado da matéria com características que podem ser cuidadosamente controladas e manipuladas.

Por sua vez, isso poderia abrir caminho para uma gama diversificada de novos experimentos, explorando muitos exemplos diferentes de fluxos turbulentos na natureza. “Eu realmente espero que isso possa ajudar a abrir um novo playground no campo”, diz Irvine.

A pesquisa é descrita em Física da Natureza.

• Conteúdo com tecnologia de SEO e distribuição de relações públicas. Seja amplificado hoje.
• PlatoData.Network Gerativa Vertical Ai. Capacite-se. Acesse aqui.
• PlatoAiStream. Inteligência Web3. Conhecimento Amplificado. Acesse aqui.
• PlatãoESG. Automotivo / EVs, Carbono Tecnologia Limpa, Energia, Ambiente, Solar, Gestão de resíduos. Acesse aqui.
• BlockOffsets. Modernizando a Propriedade de Compensação Ambiental. Acesse aqui.
• Fonte: https://physicsworld.com/a/balls-of-turbulence-are-isolated-using-vortex-rings/