Uma equipe de cientistas do Instituto de Mecânica, MSU, demonstraram como flutuações aleatórias na velocidade de rotação e ruído influenciam o número de vórtices no fluxo esférico de Couette. Eles relatam que o nível de ruído e o regime de fluxo têm uma correlação não linear complicada. Os novos dados contribuirão para modelos mais exatos de fluxos naturais, incluindo a circulação atmosférica. Os resultados do trabalho foram publicados no Caos Diário.

O fluxo esférico Couette é o fluxo de líquido em uma camada esférica causado pela rotação de suas bordas. Em um ambiente de laboratório, ele é estudado usando duas esferas transparentes:a externa é fixa e a interna gira a uma determinada velocidade. Este modelo ajuda a descrever movimentos em grande escala da atmosfera, oceanos, e manto da Terra causado pela rotação do planeta. Todos esses processos naturais são geralmente turbulentos. O primeiro passo para a turbulência é a perda de estabilidade por um fluxo permanente, fazendo com que vórtices apareçam espontaneamente em líquidos ou gases. Mas o que afeta a estabilidade e determina o regime de fluxo adicional (por exemplo, o número de vórtices no fluxo)? Ao responder a esta pergunta, os cientistas serão capazes de prever melhor as mudanças climáticas na Terra.

O regime do fluxo Couette é determinado pela história de seu desenvolvimento, incluindo o valor de aceleração com o qual a velocidade de rotação da esfera interna muda. Este valor determina se há três ou quatro vórtices se formando no fluxo. Contudo, não há velocidades de rotação ou acelerações estáveis ​​em processos naturais, e variações aleatórias acontecem com bastante frequência. Uma equipe de cientistas do Instituto de Mecânica, MSU, demonstrou em um novo experimento como o regime de fluxo pode ser influenciado por flutuações aleatórias na velocidade de rotação ou por ruídos. Os experimentadores amplificaram os ruídos de propósito para ver o que acontece com o fluxo. O número de vórtices no líquido foi determinado tanto a olho nu (utilizando partículas de pó de alumínio para visualização) quanto por meio da medição da velocidade do fluxo com o anemômetro laser Doppler.

Os resultados dos experimentos foram mais complexos do que os pesquisadores poderiam ter sugerido. Flutuações aleatórias e regimes de fluxo de líquido, na verdade, têm uma correlação entre eles, mas não é linear. Quando os ruídos não eram excessivos, o fluxo demonstrou três vórtices. O mesmo cenário foi observado quando não houve nenhum ruído. Próximo, quando os níveis de ruído eram altos, o líquido parecia "esquecer" a influência da aceleração, e quatro vórtices foram formados no fluxo. Mas quando os cientistas observaram a situação mais complexa, em que os níveis de ruído eram médios, eles descobriram que o número de vórtices depende tanto do valor de aceleração quanto do nível de ruído, e essa dependência não é linear.

"Ainda não se sabe como os ruídos de média amplitude afetam o fluxo, "diz Dmitry Zhilenko, um co-autor do trabalho, e um associado sênior de pesquisa do Instituto de Mecânica. “Isso ajudará a avaliar a influência dos ruídos nos processos em vários corpos naturais:pulsares, a atmosfera da Terra, e atmosferas de outros planetas. Por exemplo, alguns estudos sugerem que flutuações aleatórias no influxo de calor do Sol para a atmosfera podem alterar o elemento da circulação atmosférica:Hadley, Ferrel, e células polares. Essas células se assemelham a anéis com circuitos fechados de circulação de ar, e o clima de todo o planeta depende diretamente da circulação atmosférica neles. "