«Cuando me encuentre con Dios voy a hacerle dos preguntas: ¿por qué la relatividad? y ¿por qué se producen las turbulencias? Realmente creo que tendrá una respuesta para la primera». Esta cita, atribuida al físico Werner Heisenberg, capta la forma en la que muchos científicos se sienten con respecto a las turbulencias, un flujo caracterizado por baja difusión de momento, alta convección y cambios espacio-temporales rápidos de presión y velocidad.
Por suerte, los investigadores están avanzando en la comprensión física de las turbulencias. Según un artículo publicado recientemente en Science, las simulaciones realizadas por un equipo de ingenieros aeronáuticos españoles podrían ayudar a resolver un viejo rompecabezas sobre cómo la energía se mueve en fluidos turbulentos. En el último año, los matemáticos han avanzado considerablemente en la difícil tarea de explicar cómo las turbulencias ayudan a disipar la energía de los fluidos, causando que dejen de moverse. Tener un mayor conocimiento sobre este fenómeno y sus implicaciones, podría tener grandes beneficios para científicos de distintas ramas (astrofísicos, climatólogos…).
El equipo, capitaneado por el ingeniero aeronáutico José Cardesa, de la Universidad Politécnica de Madrid, afirma que ha podido simular por primera vez cómo las turbulencias difunden la energía cinética a través de remolinos cada vez más pequeños. Sus resultados validan una teoría formulada por el físico y matemático ruso Andrei Kolmogorov a principios de los 40. Este aseguraba que la transferencia de energía cinética es cómo el testigo que se pasan los deportistas en las carreras de relevos, pero en la que los corredores se hacen cada vez más pequeños y más numerosos.
La teoría de Komogorov implica que la energía se extiende desde remolinos grandes a remolinos cercanos más pequeños, en lugar de extenderse a distancias más lejanas. Esto ya tenía cierto apoyo de los teoremas matemáticos, pero el equipo de Cardesa ha conseguido confirmarlo. Según Gregory Eyink, físico teórico de la Universidad Johns Hopkins (Baltimore), «la comprensión de estas dinámicas podría ayudar a mejorar las predicciones de flujo de energía en fenómenos como la resistencia aerodinámica».
Los investigadores consideran que esta «cascada de turbulencias» explica cómo incluso los fluidos con baja viscosidad convierten rápidamente su energía cinética en calor y disminuyen su velocidad cuando la turbulencia comienza. La energía se transforma en remolinos cada vez más pequeños que, a menor escala, aumentan la viscosidad. Al igual que la fricción entre objetos sólidos, esta viscosidad actúa para aumentar la resistencia al movimiento entre las capas de fluido, lo que disipa la energía cinética en forma de calor.
Fuente: scientificamerican.com
Redacción QUO
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