Cercetătorii de la Universitatea din Pittsburgh au descoperit că direcția fluxului de energie în turbulențe poate fi de fapt modificată, potrivit ScienceDaily.
În colaborare cu oamenii de știință de la Universitatea din Torino, Italia, noua descoperire ar putea avea implicații pentru medicină, managementul costurilor și știința climei.
Ce spun cercetările anterioare
„Încă din 1941, odată cu cercetările lui Andrey Kolmogorov, fluxul de energie a fost prezis. În fluxurile 3D, cum ar fi în corpurile de apă, energia se deplasează de la scări mai mari la scări mai mici. Pentru fluxurile 2D, care apar în straturi subțiri de apă, acest flux este inversat, de la mai mic la mai mare”, a explicat Lei Fang, autorul principal al cercetării.
„Pentru a înțelege acest concept abstract la scări diferite”, a adăugat Fang, „am transformat procesul fluxului de energie într-un proces mecanic bazat pe ecuațiile Navier-Stokes. Și, din moment ce acesta este un proces mecanic, aș putea încerca să-l inversez prin schimbarea geometriei dintre deplasare și forță”, a transmis el, potrivit sursei.
Ce au descoperit oamenii de știință
Abordarea cercetătorului s-a bazat pe tensori. Aceștia sunt obiecte matematice utilizate în mod obișnuit pentru a descrie mărimi precum stresul și deformarea. Aceste proprietăți joacă un rol major în formarea turbulenței.
Fang a descoperit că direcția transferului de energie depinde de modul în care acești tensori interacționează. În anumite condiții, fluxul de energie poate fi redirecționat, în loc să urmeze traiectoria sa tradițională.
„Am demonstrat că putem produce fluxuri turbulente care prezintă fie flux de energie direct, fie flux invers”, a spus Fang. „Cadrul nostru se extinde și la scara 3D”, mai arată sursa.
Ideea se bazează pe studiile anterioare ale lui Fang. În trecut, el a arătat că înotătorii minusculi pot perturba curenții oceanici puternici.
Cercetătorii au descoperit că, atunci când aceste forțe sunt aliniate în moduri specifice, ele pot schimba modul în care energia se mișcă printr-un sistem turbulent.
Experimente pentru testarea teoriei
Pentru a testa teoria, au fost realizate experimente de laborator. A fost folosit un strat subțire de apă acționat de forțe electromagnetice. Un câmp magnetic orizontal a generat un flux bidimensional. În același timp, o serie de tije a fost utilizată pentru a-l perturba. Particulele trasoare suspendate într-un strat subțire de electrolit au permis echipei să vizualizeze și să măsoare mișcarea fluidului.
Rezultatele experimentale au corespuns simulărilor pe calculator și au susținut predicțiile oamenilor de știință, potrivit sursei citate.
Capacitatea de a influența fluxul turbulent de energie ar putea oferi în cele din urmă beneficii practice într-o varietate de domenii.
„Prin intermediul acestui cadru teoretic, am descoperit că putem folosi limite fizice mici, de până la zece metri. Astfel, putem perturba barierele de transport oceanic care se întind pe kilometri întregi”, a spus Fang. „Este posibil să schimbăm direcția fluxului de energie. Aceasta poate îmbunătăți modul în care apele uzate sau alți contaminanți de-a lungul unei linii de coastă sunt dispersați”.
Utilitate și în alte domenii
Descoperirile s-ar putea dovedi utile și în medicină, în special în sistemele microfluidice în care fluidele se mișcă prin canale mai mici de un milimetru. La această scară, lichidele tind să se amestece prost. Turbulența este în mare parte absentă, mai arată sursa.
Cercetarea ar putea contribui și la îmbunătățiri viitoare ale simulărilor climatice.
Curenții oceanici și circulația atmosferică joacă roluri esențiale în reglarea temperaturilor globale. Pe măsură ce schimbările climatice modifică modelele vântului și comportamentul oceanelor, forțele care acționează asupra acestor sisteme pot afecta modul în care energia se deplasează prin fluxuri turbulente.
„Deși este o ipoteză în acest moment, cercetarea ar putea îmbunătăți modelarea climatică”, a mai transmis Fang. „Pe măsură ce schimbările climatice modifică modelele vântului și fluxurile oceanice, stresul vântului și curenții ar putea schimba direcția fluxului de energie. Înțelegerea forțelor care creează această schimbare poate duce la modele mai precise”.
E nevoie de mai multe cercetări
Deși sunt necesare cercetări suplimentare, studiul sugerează că una dintre cele mai consacrate ipoteze ale teoriei turbulențelor ar putea fi mai flexibilă decât credeau oamenii de știință. În loc să urmeze pur și simplu căi predeterminate, energia turbulentă ar putea fi ghidată și redirecționată în condițiile potrivite, conform aceleiași surse.