p Os fluxos turbulentos são caóticos, mas apresentam propriedades estatísticas universais. Nos últimos anos, fluxos aparentemente turbulentos foram descobertos em fluidos ativos, como suspensões bacterianas, monocamadas de células epiteliais, e misturas de biopolímeros e motores moleculares. Em um novo estudo publicado em Física da Natureza , pesquisadores da Universidade de Barcelona, A Universidade de Princeton e o Collège de France mostraram que os fluxos caóticos em fluidos nemáticos ativos são descritos por leis de escala universais distintas. p A turbulência é onipresente na natureza, de fluxos de plasma em estrelas a fluxos atmosféricos e oceânicos em grande escala na Terra, através dos fluxos de ar causados ​​por um avião. Fluxos turbulentos são caóticos, criando redemoinhos que aparecem e se quebram em redemoinhos menores constantemente. Contudo, quando este comportamento caótico complexo é considerado em um sentido estatístico, a turbulência segue leis universais de escala. Isso significa que as propriedades estatísticas da turbulência são independentes da forma como os fluxos turbulentos são gerados, e as propriedades do fluido específico que olhamos, como sua viscosidade e densidade.

p No estudo agora publicado em Física da Natureza , pesquisadores revisitaram essa noção de universalidade no contexto de fluidos ativos. Em turbulência ativa, fluxos e redemoinhos não são gerados pela ação de algum agente externo (como gradientes de temperatura na atmosfera), mas sim pelo próprio fluido ativo. A natureza ativa desses fluidos depende de sua capacidade de gerar forças internamente, por exemplo, devido à natação de bactérias ou à ação de motores moleculares em biopolímeros.

p "Quando essas forças ativas são suficientemente fortes, o fluido começa a fluir espontaneamente, alimentado pela energia injetada pelos processos ativos, "explica Ricard Alert, pós-doutorado na Universidade de Princeton. Quando as forças ativas são fortes, esses fluxos espontâneos tornam-se uma mistura caótica de redemoinhos autogerados - o que chamamos de turbulência ativa.

p Os autores se concentraram em um tipo específico de fluido ativo:cristais líquidos nemáticos ativos bidimensionais, que descrevem sistemas experimentais, como monocamadas de células, e suspensões de biopolímeros e motores moleculares. Simulações em grande escala mostraram que os fluxos ativos se organizam em um padrão desordenado de redemoinhos de tamanho característico (Fig. 1, Deixou). Os pesquisadores então estudaram os fluxos em escalas muito maiores do que o tamanho característico dos redemoinhos (Fig. 1, Direito). Eles descobriram que as propriedades estatísticas desses fluxos em grande escala seguem uma lei de escala distinta.

p "Mostramos que essa lei de escala é universal, independente das propriedades específicas do fluido ativo, "aponta o professor Jaume Casademunt do Instituto de Sistemas Complexos (UBICS) da Universidade de Barcelona. Esta lei de escalonamento é o equivalente em fluidos nemáticos ativos da lei de escalonamento de Andrei Kolmogorov de 1941 para turbulência clássica, mas com um expoente diferente que resulta da combinação de fluxos viscosos sem inércia e os internos, forçamento auto-organizado de fluidos ativos.

p Outro resultado marcante dessa pesquisa é que toda a energia injetada pelas forças ativas em uma determinada escala é dissipada por efeitos viscosos nessa mesma escala. Como consequência, em forte contraste com a turbulência clássica, nenhuma energia é deixada para ser transferida para outras escalas. “Tanto em simulações quanto analiticamente, pesquisadores provaram que um fluido nemático ativo mínimo se auto-organiza de forma que a injeção de energia ativa equilibra exatamente a dissipação de energia em cada escala, "conclui Jean-François Joanny, do Collège de France.