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Experimentos no único túnel de vento do Instituto Max Planck de Dinâmica e Auto-Organização (MPI-DS) em Göttingen mostram que as leis formuladas há mais de 80 anos e suas extensões explicam apenas fluxos turbulentos de forma incompleta.
Mexer uma xícara de café cria um fluxo turbulento com vórtices grandes e muito pequenos. Os vórtices de tamanhos diferentes se influenciam transferindo energia de um vórtice maior para um menor, até o menor vórtice, que se dissipa no líquido devido ao atrito. Este conceito foi descrito pela primeira vez pelo matemático Andrei Kolmogorov, que estabeleceu leis gerais de escala para fluxos turbulentos em 1941. Usando estes e outros refinamentos, simulações de computador para fluxos de engenharia, previsões meteorológicas e modelos climáticos ainda são criados a partir de dados empíricos hoje.
“Descobrimos que essas leis de escala parecem se aplicar apenas a fluxos fortemente idealizados”, relata Christian Küchler, primeiro autor do estudo. Anteriormente, presumia-se que eram universalmente válidos. Mesmo antes disso, as medições em túneis de vento em níveis de turbulência mais baixos não podiam confirmar as previsões teóricas, mas geralmente eram atribuídas à força da turbulência ser muito baixa. “Em nosso canal exclusivo, podemos usar gases em altas pressões e, assim, atingir graus extremamente altos de turbulência”, diz o diretor do MPI-DS, Eberhard Bodenschatz, que projetou o canal para sua pesquisa.
Ao gerar turbulência seletivamente e usar uma grade ativa, desenvolvida no MPI-DS pelo coautor Greg Bewley, da Cornell University, os pesquisadores conseguiram mostrar que desvios sistemáticos das previsões de Kolmogorov ocorrem mesmo na turbulência mais forte. Isso implica que turbilhões de tamanho médio em fluxos reais não são completamente desacoplados dos redemoinhos muito grandes em um sistema por transferência de energia, como se suspeita desde 1941. Além disso, esses novos resultados são universais e não dependem da força da turbulência em o canal.
“Nosso túnel de vento permite medições que de outra forma não seriam possíveis”, diz Eberhard Bodenschatz, diretor do MPI-DS, explicando a característica especial do centro de pesquisa. “Podemos entender melhor como os fluxos turbulentos realmente se comportam e desenvolver novos modelos com base nisso”, continua ele. Por exemplo, esses experimentos podem contribuir para uma melhor compreensão da turbulência em fluxos de engenharia ou na atmosfera. Lá, o efeito da turbulência é um dos maiores fatores de incerteza nos modelos climáticos modernos e na previsão do tempo.
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