Un enfoque novedoso para controlar las características del trastorno.

La turbulencia, un movimiento de fluidos caracterizado por cambios caóticos en la velocidad y la presión del flujo, ha sido objeto de innumerables estudios de física. Aunque la turbulencia es un fenómeno muy común que ocurre en la naturaleza, hasta la fecha, manipularla y controlar sus propiedades ha resultado ser un gran desafío.

Investigadores de la Universidad de Chicago presentaron recientemente una nueva estrategia para controlar de manera confiable la ubicación, la ubicación y las características de las perturbaciones en entornos experimentales. Esta estrategia fue presentada en un artículo de investigación publicado en física de la naturalezalo que les permitió crear una burbuja turbulenta aislada dentro de un ambiente tranquilo.

«Las interrupciones se pueden encontrar en todas partes. Revolver el café con una cuchara es un buen ejemplo», dijeron a Phys.org Takumi Matsuzawa (primer autor del estudio) y William Irvine (autor correspondiente del estudio). «Sin embargo, tratar esta fase efímera de la materia no es tan fácil como otras fases convencionales de la materia, como la sólida y la líquida. En muchos casos, los límites físicos, como la cuchara en el ejemplo anterior, oscurecen lo que se ha introducido en el desorden. Esto nos llevó a preguntarnos si se podría haber creado y mantenido en su lugar una burbuja aislada de turbulencia”.

Como parte de su último estudio, Irvine y sus colegas se propusieron crear un estado de desorden confinado dentro de un ambiente tranquilo, lo que requiere un control cuidadoso de las características del desorden. La creación exitosa de un punto tan aislado podría abrir nuevas e interesantes vías de investigación, lo que permitiría a los físicos explorar preguntas que han sido difíciles de responder utilizando métodos experimentales tradicionales.

«Algunas de las preguntas que se pueden explorar después de nuestro estudio incluyen: ¿Qué sucede en la interfaz de los flujos turbulentos y no turbulentos? ¿Cómo se transfieren las cantidades conservadas, como la energía y los pulsos, a través de la interfaz? ¿Existen diferentes tipos de turbulencia dependiendo de las combinaciones? de cantidades conservadas?” dijeron Irvine y Matsuzawa.

Muchos libros de física y trabajos teóricos describen la turbulencia como una mezcla de movimientos giratorios conocidos como «remolinos». Si bien las propiedades únicas de los remolinos siguen siendo algo esquivas, son esencialmente movimientos en un fluido que se desvía de su flujo general, como corrientes circulares o remolinos.

«Nuestro enfoque propuesto consiste en perturbar la construcción colocando los vórtices uno tras otro, como legos», explicó Irvine. «Nadie sabe realmente qué es un vórtice, pero un anillo de vórtice, también conocido como anillo de humo, es un buen candidato porque es una estructura fuertemente inclinada y puede viajar mucho más allá de los límites del material. Además, sus propiedades se pueden medir por completo para que podamos sé en qué lo estamos alimentando. «Perturbaciones».

En sus experimentos, Matsuzawa reunió grupos de ocho anillos de vórtice en una cámara, disparándolos hacia el centro de un tanque lleno de agua desde las ocho esquinas. Si estos anillos de vórtice se liberan como un solo grupo, se dividirán y reorientarán, debido a un efecto conocido como reconexión de vórtice. Sin embargo, dispararlo repetidamente, como lo han hecho los investigadores, conduce a la formación de una burbuja aislada de turbulencia.

«Nuestro enfoque proporciona principios de diseño únicos para localizar y controlar perturbaciones», dijo Ervin. «Las propiedades de los puntos las establecen las de los anillos de vórtice; el volumen lo establece el radio del anillo; y la intensidad de la turbulencia interna la establece la energía que transportan los anillos. Y si combinamos los anillos de vórtice, también podemos inyectar otros anillos y cantidades conservados, como el pulso angular y de antena, cuyo papel en el desorden se desconoce”.

El trabajo reciente de este equipo de investigadores contribuye significativamente al estudio del trastorno y ofrece una estrategia prometedora para controlarlo experimentalmente de manera confiable. En el futuro, la estrategia presentada en su documento podría allanar el camino para nuevos estudios que antes eran difíciles de implementar. Esto, a su vez, podría ayudar a responder preguntas de investigación de larga data sobre los procesos físicos que subyacen a las perturbaciones.

«Actualmente estamos investigando cómo las perturbaciones pueden desarrollarse libremente en un ambiente tranquilo», agregó Irvine. Esta es una pregunta importante con respecto a cómo se propagan y se desvanecen las fluctuaciones perturbadas. También estamos interesados ​​en estudiar cómo la perturbación ‘olvida’ lo que se introdujo. Se cree que la perturbación es universal en escalas pequeñas, incluso si las estructuras de remolinos en las entradas son diferentes. Nuestro sistema sería ideal para estudiar esta memoria en perturbación, ajustando las entradas mediante la combinación de diferentes bucles de vórtice».