A turbulência não está apenas presente na natureza, como quer que você a veja, mas é muito necessária em muitas situações: para misturar melhor os diferentes fluidos (por isso agitamos café e leite para misturá-los), ou para criar uma maior transferência de calor entre líquidos (também agitamos o café para esfriar mais rápido), etc. Na meteorologia também existem e são chamados vórtices de von Karman.
Neste artigo vamos explicar tudo o que você precisa saber sobre os caminhões basculantes Von Karma, suas características e importância.
Propriedades do vórtice de Von Karma
Para começar, devemos conhecer as propriedades que definem um fluido e sua dinâmica. Densidade, pressão ou temperatura são variáveis que todos conhecemos mais ou menos. Com base neles e em seus efeitos, qualquer movimento ou dinâmica de um fluido pode ser explicado, por mais complicado que seja:
Instabilidade
Imagine uma corrente de ar atingindo uma esfera; se a velocidade do ar for baixa, verificamos que o ar se move "suavemente" ao redor e atrás da bola; esta volta também é chamada de "a jusante" ou "cauda" do fluxo de água.
Neste caso o escoamento é chamado laminar, ou seja: não se apreciam os redemoinhos ou geralmente chamados de turbulências, a verdade é que sem turbulência tudo seria chato, de fato até as equações de Navier-Stokes podem Aplicações em psicologia, controle de multidões ou o projeto de sistemas de evacuação de pedestres em estádios, etc., tudo é mais fácil se não houver turbulência.
Agora suponha que cada molécula de ar segue outra molécula de ar, e assim por diante; há um número infinito de moléculas ao longo de uma linha suave. Imaginemos que, por qualquer "motivo", de repente haja uma molécula que não segue esse padrão dinâmico, ou seja, sai da trajetória "normal", embora muito raramente; tecnicamente falando, diz-se que acontece "instável". Esta instabilidade é o início da turbulência; A partir desse momento, as mudanças nas trajetórias seguem umas às outras logicamente, pois uma molécula empurra a outra para mudar de direção, e assim por diante. "razão" porque em primeiro lugar.
As trajetórias moleculares podem ser muito, muito diversas: mudanças muito sutis de temperatura, pressão ou densidade, mesmo as mais comuns de origem desconhecida
Dependendo da geometria ou estrutura que se forma a seguir, a instabilidade recebe os seguintes nomes:
- Instabilidade Kelvin-Helmholtz: Pode ocorrer em fluxo dentro de um fluido contínuo, como ar ou água, ou na interface de dois fluidos ou duas camadas do mesmo fluido movendo-se em velocidades diferentes.
- Instabilidade Rayleigh-Taylor: Importante na "queda" (colapso) ou descida do ar frio da atmosfera superior. Mesmo no aumento "afiado" do ar quente.
Viscosidade
A viscosidade provavelmente é bem conhecida porque todos comparam a água ao mel ou à lava, por exemplo, inferindo o que é viscosidade. Vamos imaginar de outro ângulo: Suponha que estamos em um semáforo com veículos na frente e atrás; quando o semáforo fica verde, precisamos de algum tempo para nos mover; então: a viscosidade é como o tempo de reação entre cada transportador recíproco (1/tempo de reação); quanto maior a viscosidade, menor o tempo de reação; isto é, todos os fluidos tendem a se mover em uníssono ou juntos.
A viscosidade é muitas vezes considerada como a força de atrito entre as moléculas em um fluido. Quanto maior o atrito, maior a viscosidade. Entre outras coisas, essa força é a razão da existência da camada limite: quanto mais próximo o ar estiver da superfície, menor será sua velocidade (na imagem abaixo, a seta curta indica a velocidade mais lenta).
Por exemplo, parapentes e até pilotos de avião sabem que quando o vento sopra (perigosamente) forte, eles podem descer, pois estar “rente” às árvores reduz consideravelmente sua força.
Continuando com o exemplo da bola que mencionamos anteriormente, por exemplo, se o fluxo de ar sobre a asa for completamente laminar e não houver camada limite (o que já sabemos é o mesmo que dizer sem viscosidade), não há diferença. pressão entre o topo e parte inferior da asa, portanto não há sustentação; o avião não pode voar; É tão fácil. Voar é completamente impossível, mas felizmente a viscosidade está sempre lá. Além disso, sem viscosidade, eles não causariam turbulência apesar da instabilidade.
Agregação de matéria por baixa pressão
Quando uma partícula (como uma molécula de ar) está em baixa pressão, ela a atrai com uma aceleração dada pela mudança na pressão dividida pela densidade. Com alta pressão acontece o contrário, repele ou empurra.
Em meteorologia, áreas de alta pressão são chamadas de anticiclones, enquanto ciclones ou tempestades (ciclones extratropicais apenas em casos especiais) Eles são chamados de zonas de baixa pressão.. Todo o ar na atmosfera ou toda a água nos oceanos da Terra se move por causa dessas diferenças de pressão. A pressão é a mãe de todas as propriedades; de fato, muitas outras variáveis afetam as mudanças de pressão: densidade, temperatura, viscosidade, gravidade, forças de Coriolis, várias inércias, etc.; de fato, quando uma molécula de ar se move, isso ocorre porque a molécula que a precede saiu de uma região de baixa pressão, a região tende a se encher imediatamente
Vimos causas ou instabilidades que surgem em meios como a atmosfera ou o oceano, formando determinadas geometrias, uma delas - objeto deste trabalho - são os chamados vórtices de Von Karman. Agora, uma vez que entendemos as causas e variáveis que interferem em toda a dinâmica de qualquer fluido, estamos prontos para aprender sobre essa geometria tão específica.
Quando o fluxo de ar circula em torno de qualquer geometria, evolui em torno dela, levando à instabilidade, como já vimos, formando turbulência; essas turbulências têm tipos e formas praticamente infinitos; a maioria não é periódica; isto é, eles não se repetem no tempo. ou espaço, mas alguns o fazem. Este é o caso dos vórtices de Von Karman mencionados anteriormente.
Eles se formam sob condições muito específicas de velocidade do ar e certas dimensões do objeto atuando como um obstáculo.
Espero que com essas informações você possa aprender mais sobre os vórtices de Von Karman, suas características e importância na meteorologia.