Un equipo de científicos del Instituto de Mecánica, MSU, demostraron cómo las fluctuaciones aleatorias en la velocidad de rotación y el ruido influyen en el número de vórtices en el flujo esférico de Couette. Informan que el nivel de ruido y el régimen de flujo tienen una correlación no lineal complicada. Los nuevos datos contribuirán a modelos más exactos de flujos naturales, incluida la circulación atmosférica. Los resultados del trabajo fueron publicados en el Caos diario.

El flujo esférico de Couette es el flujo de líquido en una capa esférica causado por la rotación de sus bordes. En un entorno de laboratorio, se estudia mediante dos esferas transparentes:la exterior es fija y la interior gira a una velocidad determinada. Este modelo ayuda a describir los movimientos de la atmósfera a gran escala, océanos y manto de la Tierra causado por la rotación del planeta. Todos estos procesos naturales suelen ser turbulentos. El primer paso hacia la turbulencia es la pérdida de estabilidad por un flujo permanente, provocando que los vórtices aparezcan espontáneamente en líquidos o gases. Pero, ¿qué afecta la estabilidad y determina el régimen de flujo adicional (por ejemplo, el número de vórtices en el flujo)? Al responder a esta pregunta, los científicos podrán predecir mejor los cambios climáticos en la Tierra.

El régimen del flujo de Couette está determinado por la historia de su desarrollo, incluyendo el valor de aceleración con el que cambia la velocidad de rotación de la esfera interna. Este valor determina si se están formando tres o cuatro vórtices en el flujo. Sin embargo, no hay velocidades de rotación estables o aceleraciones en los procesos naturales, y las variaciones aleatorias ocurren con bastante frecuencia. Un equipo de científicos del Instituto de Mecánica, MSU, demostró en un nuevo experimento cómo el régimen de flujo puede verse influenciado por fluctuaciones aleatorias en la velocidad de rotación o por ruidos. Los experimentadores amplificaron los ruidos a propósito para ver qué pasa con el flujo. El número de vórtices en el líquido se determinó tanto a simple vista (utilizando partículas de polvo de aluminio para la visualización) como mediante la medición de la velocidad de flujo con el anemómetro láser Doppler.

Los resultados de los experimentos fueron más complejos de lo que los investigadores podrían haber sugerido. Las fluctuaciones aleatorias y los regímenes de flujo de líquidos en realidad tienen una correlación entre ellos, pero no es lineal. Cuando los ruidos no fueran excesivos, el flujo demostró tres vórtices. Se observó el mismo escenario cuando no hubo ningún ruido. Próximo, cuando los niveles de ruido eran altos, el líquido parecía "olvidar" la influencia de la aceleración, y se formaron cuatro vórtices en el flujo. Pero cuando los científicos observaron la situación más compleja, en el que los niveles de ruido eran medios, encontraron que el número de vórtices depende tanto del valor de aceleración como del nivel de ruido, y esta dependencia no es lineal.

"Aún está por descubrir cómo los ruidos de amplitud media afectan el flujo, "dice Dmitry Zhilenko, un coautor del trabajo, y un asociado de investigación senior del Instituto de Mecánica. "Esto ayudará a evaluar la influencia de los ruidos en los procesos en varios cuerpos naturales:púlsares, la atmósfera de la Tierra, y atmósferas de otros planetas. Por ejemplo, algunos estudios sugieren que las fluctuaciones aleatorias en la entrada de calor a la atmósfera desde el Sol pueden cambiar el elemento de la circulación atmosférica:Hadley, Ferrel, y células polares. Estas celdas se asemejan a anillos con circuitos cerrados de circulación de aire, y el clima de todo el planeta depende directamente de la circulación atmosférica en ellos ".