Turbulensi tidak hanya ada di alam, bagaimanapun Anda melihatnya, tetapi sangat diperlukan dalam banyak situasi: untuk mencampur cairan yang berbeda dengan lebih baik (itulah sebabnya kami mengocok kopi dan susu untuk mencampurnya), atau untuk menciptakan transfer panas yang lebih besar antara cairan (kami juga mengocok kopi agar lebih cepat dingin), dll. Dalam meteorologi mereka juga ada dan disebut Von Karman vortisitas.
Pada artikel ini kami akan menjelaskan semua yang perlu Anda ketahui tentang dump truck Von Karma, karakteristik dan kepentingannya.
Sifat pusaran von Karma
Untuk memulainya, kita harus mengetahui sifat-sifat yang mendefinisikan fluida dan dinamikanya. Kepadatan, tekanan atau suhu adalah variabel yang kita semua kurang lebih tahu. Berdasarkan mereka dan efeknya, setiap gerakan atau dinamika fluida dapat dijelaskan, betapapun rumitnya:
Ketidakstabilan
Bayangkan aliran udara mengenai bola; jika kecepatan udara rendah, kami menemukan bahwa udara bergerak "lancar" di sekitar dan di belakang bola; punggung ini juga disebut "hilir" atau "ekor" aliran air.
Dalam hal ini aliran disebut laminar, yaitu: pusaran atau biasa disebut turbulensi tidak dihargai, sebenarnya tanpa turbulensi semuanya akan membosankan, bahkan persamaan Navier-Stokes dapat Aplikasi dalam psikologi, pengendalian massa atau desain sistem evakuasi pejalan kaki di stadion, dll, semuanya lebih mudah jika tidak ada turbulensi.
Sekarang anggaplah bahwa setiap molekul udara mengikuti molekul udara lainnya, dan seterusnya; ada jumlah molekul yang tak terbatas sepanjang garis halus. Mari kita bayangkan bahwa, untuk "alasan" apa pun, tiba-tiba ada molekul yang tidak mengikuti pola dinamis ini, yaitu meninggalkan lintasan "normal", meskipun sangat jarang; secara teknis, dikatakan terjadi "tidak stabil". Ketidakstabilan ini adalah awal dari turbulensi; Sejak saat itu, perubahan lintasan mengikuti satu sama lain secara logis, karena satu molekul mendorong yang lain untuk mengubah arah, dan seterusnya. "alasan" mengapa di tempat pertama.
Lintasan molekul bisa sangat, sangat beragam: perubahan suhu, tekanan atau kepadatan yang sangat halus, bahkan yang paling umum yang tidak diketahui asalnya.
Tergantung pada geometri atau struktur yang terbentuk selanjutnya, ketidakstabilan menerima nama-nama berikut:
- Ketidakstabilan Kelvin-Helmholtz: Hal ini dapat terjadi dalam aliran dalam fluida kontinu seperti udara atau air, atau pada antarmuka dua fluida atau dua lapisan fluida yang sama yang bergerak pada kecepatan yang berbeda.
- Ketidakstabilan Rayleigh-Taylor: Penting dalam "jatuh" (runtuh) atau turunnya udara dingin dari atmosfer atas. Bahkan dalam kenaikan "tajam" udara panas.
Viskositas
Viskositas mungkin terkenal karena semua orang membandingkan air dengan madu atau lava, misalnya, menyimpulkan apa itu viskositas. Mari kita bayangkan dari sudut lain: Misalkan kita berada di lampu lalu lintas dengan kendaraan di depan dan di belakang; saat lampu lalu lintas berubah menjadi hijau, kita butuh waktu untuk bergerak; maka: viskositas adalah sebagai waktu reaksi antara masing-masing pembawa timbal balik (1/waktu reaksi); semakin tinggi viskositas, semakin pendek waktu reaksi; yaitu, semua cairan cenderung bergerak serempak atau bersama-sama.
Viskositas sering dianggap sebagai gaya gesekan antara molekul dalam cairan. Semakin tinggi gesekan, semakin tinggi viskositas. Antara lain, gaya ini adalah alasan keberadaan lapisan batas: semakin dekat udara ke permukaan, semakin rendah kecepatannya (pada gambar di bawah, panah pendek menunjukkan kecepatan paling lambat).
Misalnya, paraglider dan bahkan pilot pesawat tahu bahwa ketika angin bertiup (berbahaya) kuat, mereka dapat turun, karena "disiram" dengan pepohonan mengurangi kekuatan mereka secara signifikan.
Melanjutkan contoh bola yang telah kita sebutkan sebelumnya, misalnya, jika aliran udara di atas sayap benar-benar laminar dan tidak ada lapisan batas (yang sudah kita ketahui sama dengan mengatakan tidak ada viskositas), tidak ada perbedaan tekanan antara bagian atas dan bawah sayap, jadi tidak ada lift; pesawat tidak bisa terbang; itu mudah. Terbang sama sekali tidak mungkin, tapi untungnya rasa lengket itu selalu ada. Juga, tanpa viskositas, mereka tidak akan menyebabkan turbulensi meskipun tidak stabil.
Agregasi materi dengan tekanan rendah
Ketika sebuah partikel (seperti molekul udara) berada pada tekanan rendah, partikel itu menariknya dengan percepatan yang diberikan oleh perubahan tekanan dibagi dengan kerapatan. Dengan tekanan tinggi yang terjadi sebaliknya, menolak atau mendorong.
Dalam meteorologi, daerah bertekanan tinggi disebut antisiklon, sedangkan siklon atau badai (siklon ekstratropis hanya dalam kasus khusus) Mereka disebut zona tekanan rendah.. Semua udara di atmosfer atau semua air di lautan Bumi bergerak karena perbedaan tekanan ini. Tekanan adalah ibu dari semua properti; sebenarnya, banyak variabel lain yang mempengaruhi perubahan tekanan: densitas, suhu, viskositas, gravitasi, gaya Coriolis, berbagai inersia, dll.; sebenarnya, ketika sebuah molekul udara bergerak, ia melakukannya karena molekul yang mendahuluinya telah meninggalkan daerah bertekanan rendah, daerah tersebut cenderung segera terisi.
Kita telah melihat penyebab atau ketidakstabilan yang muncul di media seperti atmosfer atau lautan, membentuk geometri tertentu, salah satunya - subjek karya ini - yang disebut vortisitas Von Karman. Sekarang, setelah kita memahami penyebab dan variabel yang mengganggu semua dinamika fluida, kita siap mempelajari geometri yang sangat spesifik ini.
Ketika aliran udara bersirkulasi di sekitar apapun geometri, berkembang di sekitarnya, menyebabkan ketidakstabilan, seperti yang telah kita lihat, membentuk turbulensi; turbulensi ini memiliki jenis dan bentuk yang praktis tak terbatas; kebanyakan dari mereka tidak periodik; yaitu, mereka tidak diulang dalam waktu. atau ruang, tetapi beberapa melakukannya. Ini adalah kasus vortisitas Von Karman yang disebutkan di atas.
Mereka terbentuk di bawah kondisi kecepatan udara yang sangat spesifik dan dimensi tertentu dari objek yang bertindak sebagai penghalang.
Saya berharap dengan informasi ini Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang vortisitas Von Karman, karakteristik dan pentingnya mereka dalam meteorologi.