Les paso un video sobre observaciones de ondas de gravedad en la atmósfera:
http://www.youtube.com/watch?v=yXnkzeCU3bE
Los que me pidieron los papers originales de Taylor y Green (1937) y de Kolmogorov (1941), los pueden bajar de aquí y aquí.
Finalmente, la última guía de ejercicios está disponible aquí.
Los flujos turbulentos permiten hacer visualizaciones muy atractivas. Pueden ver algunas galerías de imágenes y videos de simulaciones numéricas de estos flujos en:
http://www.vapor.ucar.edu/gallery/index.php?id=general
http://www.stanford.edu/group/ctr/gallery.html
Dos videos de YouTube mostrando flujos laminares y turbulentos en una tubería (la experiencia de Reynolds), y del flujo turbulento en la estela detrás de un cilindro:
http://www.youtube.com/watch?v=nl75BGg9qdA&NR=1
http://www.youtube.com/watch?v=0H63n8M79T8
Un artículo divulgativo pero muy completo sobre problemas actuales en el estudio de la turbulencia pueden leerlo aquí. También pueden ver una presentación en formato PowerPoint sobre las leyes de potencia que se observan en astrofísica asociadas a turbulencia en “the big power law in the sky“. El caso del medio interestelar que se menciona probablemente sea el espectro turbulento con mayor separación de escalas que se conoce.
Finalmente, algunas imágenes del trabajo realizado en el area por nuestro grupo. En orden, las imágenes muestran simulaciones numéricas de turbulencia hidrodinámica en tres dimensiones (en un flujo de Taylor-Green), turbulencia en fluidos rotantes (observen las “columnas de Taylor” que aparecen en el flujo), turbulencia de fluidos conductores en tres dimensiones y en dos dimensiones (resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes y de Maxwell acopladas). En los dos primeros casos, los colores corresponden a regiones diferente intensidad de vorticidad. En los dos segundos, corresponden a regiones con diferente intensidad de densidad de corriente eléctrica.
http://www.df.uba.ar/users/mininni/estructura1/turb3D.jpg
http://www.df.uba.ar/users/mininni/estructura1/rotating.jpg
http://www.df.uba.ar/users/mininni/estructura1/mhd3D.jpg
http://www.windows2universe.org/physical_science/…
La inestabilidad de Rayleigh-Taylor es común en astrofísica cuando uno tiene dos fluidos con distinta densidad acelerados (por ejemplo, en una supernova). Puede observarse en el laboratorio en la interfaz entre dos fluidos con diferente densidad bajo la acción de la gravedad, cuando el fluido con mayor densidad está arriba.
Varias imágenes de la inestabilidad en simulaciones numéricas pueden verse en:
http://www.astro.virginia.edu/VITA/ATHENA/rt.html
Un video puede verse en (sigan el link a la película):
http://media.efluids.com/galleries/instability?medium=605
La inestabilidad está asociada a los filamentos que se observan en remanentes de supernovas y nebulosas. Pueden ver algunas imágenes muy impactantes en:
http://astronomy2008.files.wordpress.com/2008/09/eagle-nebula-m16.jpg
http://astronomy2008.files.wordpress.com/2008/09/crab-nebula-m1.jpg
http://chandra.harvard.edu/photo/2007/g292/g292_xray.jpg
http://chandra.harvard.edu/photo/2007/kepler/kepler.jpg
El viernes probablemente empecemos con inestabilidades hidrodinámicas. Dejo varios videos e imágenes de una de las dos inestabilidades que vamos a estudiar.
La inestabilidad de Kelvin-Helmholtz ocurre en presencia de un gradiente en el campo de velocidades (por ejemplo, cuando hay una interfaz entre dos fluidos y el fluido superior se mueve en un sentido y el fluido superior en el sentido opuesto). Es muy importante en astrofísica y geofísica porque es responsable de la mezcla de los dos fluidos.
Un video muy corto de esta inestabilidad en el laboratorio:
http://www.youtube.com/watch?v=CL7s8h7mtPE
Una página web con videos muy impresionantes de una simulación numérica de la inestabilidad en dinámica molecular (busquen el link a los videos):
http://www.aps.org/units/dfd/pressroom/gallery/richards.cfm
Varias imágenes de la inestabilidad observada en la atmósfera:
http://www.fluent.com/about/news/newsletters/04v13i2/img/a6i1.jpg
http://www.metvuw.com/photoofweek/photo-20080222-03.jpg
http://www.engineering.uiowa.edu/fluidslab/gallery/images/vortex16.jpg
Finalmente, una página que explica el rol de la inestabilidad en la magnetósfera terrestre (y como se estudia con la misión de cuatro sondas espaciales “CLUSTER”):
http://www.isas.jaxa.jp/e/forefront/2006/hasegawa/index.shtml
Ya está disponible la guía 5 sobre fluidos viscosos en la página de guías de trabajos prácticos.
Les dejo también una nota que salió en Physics Today en el 2006 sobre capa límite de Prandtl. La nota discute varios aspectos históricos de la solución de Prandtl, y algunas implicancias matemáticas.
Este post está motivado por los que preguntaron por experimentos con fluidos que puedan hacerse en unas pocas semanas como prácticas especiales de laboratorio.
A pedido del público, les paso un paper que describe experimentos para estudiar la dualidad onda-partícula usando gotas que rebotan sobre la superficie de un fluido. En el experimento usan aceite sintético en un recipiente que oscila con baja frecuencia. Las gotas rebotan sobre la superficie y ganan impulso lineal por la curvatura de la superficie libre asociada a las ondas, generando ondas-partículas que se mueven en trayectorias rectas (en el paper, estas estructuras son llamadas “walkers”).
Algo muy interesante es que con esta configuración pueden estudiar interferencia y difracción de ondas-partículas en escalas macroscópicas, interacciones entre dos partículas, y hasta efecto túnel. El experimento es fácil de realizar; pueden encontrar todos los detalles en las referencias citadas al final del artículo.
Otra experiencia divertida tiene que ver con una técnica muy usual para medir el campo de velocidadies (PIV = Particle Image Velocimetry). En esta página hay una descripción del método. Como trazador, pueden usar rodamina o alguna otra substancia que sea fluorescente en el visible. Hay software gratuito para Matlab para calcular el campo de velocidades a partir de las imágenes, vean por ejemplo esta página.
Hoy volvemos a uno de los primeros temas que discutimos. Medianamente relacionados, les dejo unos videos de la destrucción del puente de Tacoma:
http://www.youtube.com/watch?v=P0Fi1VcbpAI
http://www.youtube.com/watch?v=HxTZ446tbzE
Un video de visualización del flujo alrededor de un ala (de un departamento de ingeniería!) que muestra la pérdida de sustentación cuando crece el ángulo de ataque:
http://www.youtube.com/watch?v=6UlsArvbTeo
Una imagen muy impresionante del vórtice que se desprende del extremo de un ala en una avioneta (tengan en cuenta la escala):
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Airplane_vortex_edit.jpg
Gracias a Pablo Montero, que me paso todos los links que siguen. Unas muy buenas fotos de vórtices que se desprenden de alas en aviones comerciales:
http://www.airliners.net/photo/First-Choice-Airways/Boeing-757-2B7/1008033/L/
http://www.airliners.net/photo/British-Airways/Boeing-777-236-ER/1091105/L/
http://www.airliners.net/photo/Virgin-Atlantic-Airways/Boeing-747-443/0892875/L/
http://www.airliners.net/photo/Thomsonfly-(Britannia-Airways)/Boeing-767-304-ER/0999242/M/
Una foto de los vórtices generados por las hélices de un Hercules:
http://www.airliners.net/photo/Morocco—Air/Lockheed-KC-130H-Hercules/1618990/L/
Imágenes de condensación alrededor del ala y desprendimiento de vórtices:
http://www.airliners.net/photo/Northwest-Airlines/McDonnell-Douglas-DC-10-30/1206569/L/
http://www.airliners.net/photo/Thai-Airways-International/Airbus-A340-642/0940407/L/
Y finalmente una imágen del Concorde:
Preparé unos videos para Windows Media Player sobre el estudio de turbulencia en flujos bidimensionales en el laboratorio. Las experiencias se realizan haciendo fluir una delgada película de jabón a lo largo de dos alambres que sirven como guía. Las regiones oscuras corresponden a vórtices, noten como los vórtices interactúan entre si y a medida que el flujo evoluciona la escala característica de los vórtices aumenta. Los videos estan disponibles acá y acá.
Otros videos con burbujas están disponibles en:
http://www.youtube.com/watch?v=I7kaW8AsnRg
http://www.youtube.com/watch?v=vMTup_KsVgU
Un video de una gota cayendo en la superficie de un líquido:
http://www.youtube.com/watch?v=nUu_qQWqtfg
Un video muy impresionante de un jet rebotando en la superficie de un líquido:
http://www.youtube.com/watch?v=HEAmwXTPZMQ
Finalmente, delfines jugando con burbujas en forma de anillo:
http://www.youtube.com/watch?v=TMCf7SNUb-Q
Dos videos mostrando barcos de Flettner que usan el efecto Magnus (un modelo a escala y un barco en el río Nilo):
http://www.youtube.com/watch?v=__8-QSXgupA
http://www.youtube.com/watch?v=ao8RfUermdw
La página de la fundación Cousteau con detalles del barco “Alcyone”:
http://www.cousteau.org/about-us/alcyone
Una página con diseños historicos de aviones con cilindros rotantes en lugar de alas, que usan la fuerza de sustentación asociada al efecto Magnus para volar (si vuelan!):
http://www.pilotfriend.com/photo_albums/potty/2.htm
Finalmente, la página de una empresa que publicita un prototipo de auto volador basado en el efecto Magnus (para que vean que con la física también se puede ganar dinero):
