Vórtices de Von Karman

A turbulencia non só está presente na natureza, como se mire, senón que é moi necesaria en moitas situacións: para mesturar mellor os distintos fluídos (por iso sacudimos o café e o leite para mesturalos), ou para crear unha maior transferencia de calor entre líquidos (tamén axitamos o café para que arrefríe máis rápido), etc. En meteoroloxía tamén existen e chámanse Vórtices de Von Karman.

Neste artigo imos explicar todo o que debes saber sobre os volquetes Von Karma, as súas características e importancia.

Propiedades do vórtice de Von Karma

Para comezar, debemos coñecer as propiedades que definen un fluído e a súa dinámica. A densidade, a presión ou a temperatura son variables que todos coñecemos máis ou menos. A partir deles e dos seus efectos pódese explicar calquera movemento ou dinámica dun fluído, por complicado que sexa:

Inestabilidade

Imaxina unha corrente de aire golpeando unha esfera; se a velocidade do aire é baixa, descubrimos que o aire móvese "suavemente" arredor e detrás da pelota; esta parte traseira tamén se denomina "abaixo" ou "cola" do caudal da auga.

Neste caso o fluxo denomínase laminar, é dicir: non se aprecian remolinos ou xeralmente chamados turbulencias, o certo é que sen turbulencias todo sería aburrido, de feito mesmo as ecuacións de Navier-Stokes poden Aplicacións en psicoloxía, control de masas ou o deseño de sistemas de evacuación de peóns en estadios, etc., todo é máis doado se non hai turbulencias.

Supoña agora que cada molécula de aire segue a outra molécula de aire, e así sucesivamente; hai un número infinito de moléculas ao longo dunha liña suave. Imaxinemos que, por calquera “razón”, hai de súpeto unha molécula que non segue este patrón dinámico, é dicir, abandona a traxectoria “normal”, aínda que moi raramente; tecnicamente falando, dise que ocorre "inestable". Esta inestabilidade é o inicio da turbulencia; A partir dese momento, os cambios nas traxectorias sucédense loxicamente, xa que unha molécula empurra á outra a cambiar de dirección, etc. "razón" polo que en primeiro lugar.

As traxectorias moleculares poden ser moi, moi diversas: cambios moi sutís de temperatura, presión ou densidade, incluso os máis comúns de orixe descoñecida.

Segundo a xeometría ou estrutura que se forme a continuación, a inestabilidade recibe os seguintes nomes:

• Inestabilidade de Kelvin-Helmholtz: Pode ocorrer en fluxo dentro dun fluído continuo como o aire ou a auga, ou na interfase de dous fluídos ou dúas capas do mesmo fluído que se moven a diferentes velocidades.
• Inestabilidade de Rayleigh-Taylor: Importante na "caída" (colapso) ou baixada de aire frío da atmosfera superior. Mesmo no aumento "acentuado" do aire quente.

Viscosidade

A viscosidade probablemente sexa ben coñecida porque todo o mundo compara a auga co mel ou coa lava, por exemplo, inferindo cal é a viscosidade. Imaxinemos desde outro ángulo: Supoñamos que estamos nun semáforo con vehículos diante e detrás; cando o semáforo se pon en verde, necesitamos un tempo para movernos; entón: a viscosidade é como o tempo de reacción entre cada portador recíproco (1/tempo de reacción); canto maior sexa a viscosidade, menor será o tempo de reacción; é dicir, todos os fluídos tenden a moverse ao unísono ou xuntos.

A viscosidade adoita considerarse como a forza de rozamento entre as moléculas dun fluído. Canto maior sexa a fricción, maior será a viscosidade. Entre outras cousas, esta forza é a razón da existencia da capa límite: canto máis preto estea o aire da superficie, menor será a súa velocidade (na imaxe de abaixo, a frecha curta indica a velocidade máis lenta).

Por exemplo, os parapentes e mesmo os pilotos de avións saben que cando o vento sopra (perigosamente) forte poden descender, porque ao estar "a ras" das árbores reduce a súa forza considerablemente.

Continuando co exemplo de bóla que mencionamos anteriormente, por exemplo, se o fluxo de aire sobre a á é completamente laminar e non hai unha capa límite (que xa sabemos que é o mesmo que dicir que non hai viscosidade), non hai diferenza de presión entre a parte superior. e a parte inferior da á, polo que non hai ascensor; o avión non pode voar; é así de fácil. Voar é completamente imposible, pero por sorte a pegajosidade sempre está aí. Ademais, sen viscosidade, non provocarían turbulencias a pesar da inestabilidade.

Agregación de materia por baixa presión

Cando unha partícula (como unha molécula de aire) está a baixa presión, atraea cunha aceleración dada polo cambio de presión dividido pola densidade. Con alta presión ocorre o contrario, repele ou empuxa.

En meteoroloxía, as zonas de alta presión chámanse anticiclóns, mentres que ciclóns ou tormentas (ciclóns extratropicais só en casos especiais) Chámanse zonas de baixa presión.. Todo o aire da atmosfera ou toda a auga dos océanos da Terra móvese por mor destas diferenzas de presión. A presión é a nai de todas as propiedades; de feito, moitas outras variables inflúen nos cambios de presión: densidade, temperatura, viscosidade, gravidade, forzas de Coriolis, inercias diversas, etc.; de feito, cando unha molécula de aire se move, faino porque a molécula que a precede deixou unha rexión de baixa presión, a rexión tende a encherse inmediatamente.

Vimos causas ou inestabilidades que xorden en medios como a atmosfera ou o océano, formando determinadas xeometrías, unha delas -tema deste traballo- son os chamados vórtices de Von Karman. Agora, unha vez que entendemos as causas e as variables que interfiren con toda a dinámica de calquera fluído, estamos preparados para coñecer esta xeometría tan específica.

Cando o fluxo de aire circula por calquera xeometría, evoluciona arredor dela, levando á inestabilidade, como xa vimos, formando turbulencias; estas turbulencias teñen practicamente infinitos tipos e formas; a maioría deles non son periódicos; é dicir, non se repiten no tempo. ou espazo, pero algúns si. Este é o caso dos mencionados vórtices de Von Karman.

Fórmanse en condicións de velocidade moi específicas e determinadas dimensións do obxecto actuando como obstáculo.

Espero que con esta información poidas saber máis sobre os vórtices de Von Karman, as súas características e importancia na meteoroloxía.