Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Investigadores del DFI crean modelo para entender y anticipar turbulencias

Turbulencia
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PAPER: Transition to spatiotemporal intermittency and defect turbulence in systems under translational coupling

Científicos de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile y el Instituto Milenio de Investigación en Óptica (MIRO) realizaron la investigación. Los resultados fueron publicados en la última edición de la revista científica Physical Review Letters.

Entender el fenómeno de las turbulencias es un problema abierto para la ciencia. Ya sea en la atmósfera, en el mar o cuando un vehículo alcanza grandes velocidades, se produce una alteración que genera formas complejas y también, muchas veces, daños en infraestructura con el costo de vidas humanas. Por eso, un grupo de físicos de la Universidad de Chile, crearon un modelo que busca entenderlas, predecirlas y controlarlas.

“Nuestros resultados entregan nuevas herramientas para tratar de entender uno de los comportamientos dinámicos más complejos conocidos, que son las turbulencias”, señaló Marcel Clerc, investigador del Departamento de Física de la FCFM de la Universidad de Chile y subdirector del Instituto Milenio de Investigaciones en Óptica (MIRO).

Para esto realizaron experimentos en cristales líquidos fuera del equilibrio (estabilidad), para luego ver su comportamiento al cambiar de estado (turbulencias), logrando entender su comportamiento en el tiempo.

¿Qué son las turbulencias?

Marcel Clerc señala que el mejor ejemplo es un río. “Cuando ves uno que está tranquilo tú dices que se mueve lentamente, nosotros hablamos que es un régimen laminar. Sin embargo, cuando se mueve muy rápido genera esos movimientos complicados, como lo puedes ver en las cascadas por ejemplo, esas son las turbulencias”, explica.

También indica que en las tormentas se pueden presenciar fenómenos turbulentos. “Cuando llueve suave podemos hablar de régimen laminar, pero cuando hay vientos complejos que generan torbellinos estamos frente a turbulencias, estos son movimientos complicados que ocurren en la atmósfera y que pueden ser desastrosos. Son muy difíciles de entender”, dice el físico.

Incluso cuando un vehículo va muy rápido, por ejemplo autos de carrera y aviones, deja una estela detrás suyo que genera turbulencias, produciendo inestabilidad e impidiendo que alcance mayor velocidad. “Así que este modelo puede ayudar a generar otras técnicas para controlarlo al alcanzar grandes velocidades, agrega el académico.

Entendiendo las turbulencias

Si bien ya se han intentado una multiplicidad de modelos para entender este tipo de fenómenos y se han generado algunas leyes al respecto, hasta ahora la caracterizaciones de teorías y experimentales en este ámbito son escasas, lo que podría cambiar gracias a este trabajo.

Para lograr lo anterior, los científicos experimentaron con válvulas ópticas, cristales líquidos con paredes fotosensibles, y un láser Helio-neón en el Laboratorio de Fenómenos Robustos en Óptica (LAFER) en la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile.

El estudio liderado por Clerc contó con dos partes, la experimental fue desarrollado por el estudiante de doctorado en ciencia mención física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la U. de Chile, Gregorio González; mientras que los modelos matemáticos, mecanismos teóricos y análisis fueron desarrollados en conjunto con el estudiante de Magíster en ciencia (de la misma casa de Estudios) Fabián Álvarez. “Los experimentos iniciales comenzaron 2015 y en los tres últimos años hemos logrado resultado muy relevantes”, añade el investigador MIRO.

El paper fue publicado en la revista Physical Review Letters con el título Transition to spatiotemporal intermittency and defect turbulence in systems under translational coupling (Transición de intermitencia espacio temporal a turbulencia de defectos en sistemas con acoplamiento traslacional”).

Comunicaciones DFI - MIRO - U. de Chile

Miércoles 22 de abril de 2020