Cercetătorii de la Universitatea din Pittsburgh au arătat că sensul transferului de energie în turbulențe poate fi, de fapt, modificat, conform ScienceDaily.
Împreună cu specialiști de la Universitatea din Torino, Italia, această descoperire ar putea avea repercusiuni în medicină, în controlul costurilor și în știința climatului.
Ce se afirmă în cercetările anterioare
„Încă din 1941, odată cu studiile lui Andrey Kolmogorov, s-a prezis comportamentul fluxului de energie. În fluxurile tridimensionale, ca în corpurile de apă, energia curge de la scări mari spre scări mici. În fluxurile bidimensionale, întâlnite în straturi subțiri de apă, direcția este inversă, de la scări mici spre scări mari”, a explicat Lei Fang, liderul proiectului.
„Pentru a face concret acest concept abstract la diferite scări”, a continuat Fang, „am transformat procesul de transfer de energie într-un proces mecanic descris de ecuațiile Navier‑Stokes. Fiind un proces mecanic, am putut încerca să-l inversez prin modificarea raportului dintre deplasare și forță”, a precizat el, conform sursei.
Ce au constatat oamenii de știință
Metodologia cercetătorului s-a bazat pe tensori – obiecte matematice folosite în mod curent pentru a descrie mărimi precum stresul și deformarea. Aceste caracteristici influențează în mod semnificativ formarea turbulenței.
Fang a demonstrat că sensul transferului de energie depinde de interacțiunea acestor tensori. În anumite condiții, fluxul energetic poate fi redirecționat, în loc să urmeze traseul său clasic.
„Am arătat că este posibil să generăm fluxuri turbulente cu energie directă sau inversă”, a declarat Fang. „Modelul nostru se aplică și la scara tridimensională”, adaugă sursa.
Acest concept se sprijină pe cercetările anterioare ale lui Fang, care a demonstrat că înotătorii de dimensiuni foarte mici pot altera curenții oceanici puternici.
Echipa a constatat că, atunci când forțele sunt aranjate în moduri specifice, acestea pot modifica felul în care energia circulă într-un mediu turbulent.
Experimente pentru verificarea ipotezei
Pentru a valida teoria, s-au realizat experimente în laborator. S-a utilizat un strat subțire de apă supus forțelor electromagnetice. Un câmp magnetic orizontal a generat un flux bidimensional, iar o serie de tije a fost folosită pentru a-l perturba. Particulele de urmărire, suspendate în stratul subțire de electrolit, au permis cercetătorilor să observe și să măsoare mișcarea fluidului.
Rezultatele obținute în laborator au confirmat simulările numerice și au susținut previziunile oamenilor de știință, conform sursei citate.
Posibilitatea de a controla fluxul turbulent de energie ar putea, în cele din urmă, să aducă beneficii practice în multiple domenii.
„Prin acest cadru teoretic am constatat că putem exploata limite fizice mici, de ordinul zece metri. Astfel, putem perturba barierele de transport oceanic care se întind pe kilometri”, a afirmat Fang. „Este fezabil să inversăm direcția fluxului de energie, fapt ce ar putea îmbunătăți dispersia apelor uzate sau a altor contaminanți de-a lungul unei coaste”.
Aplicații în alte sectoare
Aceste descoperiri ar putea fi de folos și în medicină, în special în sistemele microfluidice în care fluidele circulă prin canale sub‑milimetrice. La această scară, amestecarea lichidelor este slabă și turbulența este practic inexistentă, conform sursei.
Studiul ar putea contribui, de asemenea, la perfecționarea viitoarelor modele climatice.
Curenții oceanici și circulația atmosferică sunt esențiale în reglarea temperaturilor globale. Pe măsură ce schimbările climatice modifică tiparele vântului și dinamica oceanelor, forțele ce acționează asupra acestor sisteme pot influența felul în care energia circulă în fluxuri turbulente.
„Deși rămâne o ipoteză, cercetarea ar putea îmbunătăți modelarea climatică”, a continuat Fang. „Pe măsură ce clima se schimbă, tiparele vântului și curenții oceanici pot altera direcția fluxului de energie. O mai bună înțelegere a forțelor care provoacă această modificare ar putea duce la modele mai precise”.
Necesitatea unor studii suplimentare
Deși sunt necesare investigații adiționale, studiul indică faptul că una dintre cele mai bine acceptate ipoteze din teoria turbulențelor ar putea fi mai adaptabilă decât se credea. În loc să urmeze strict căi predefinite, energia turbulentă ar putea fi ghidată și redirecționată în condițiile adecvate, conform aceleiași surse.
