Ondas de gravedad… en el cielo

La última clase práctica comenzamos con ondas de gravedad. Tanto durante el repaso de los conceptos teóricos fundamentales de esta guia temática, como en la resolucion de ejercicios, evocamos la imagen de las olas en el océano a fin de fijar ideas. Sin embargo, las ondas de gravedad que son objeto de estudio en esta guia no se reducen únicamente a las olas en el mar.

La idea detrás de este post es sustanciar esta última afirmación ofreciéndoles dos ejemplos concretos de flujos naturales en los cuales se observa la aparición de ondas de gravedad.

El primero de ellos se muestra en la imagen bajo estas lineas.

A mediados de diciembre de 2005, la pequeña isla de Amsterdam generó ondas de gravedad, pero no en el Océano Índico donde reside, sino en las nubes sobre ella. El espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) a bordo del satélite Terra capturó esta imagen el 19 de diciembre de 2005. La isla en sí misma es demasiado pequeña para ser observada en detalle en esta imagen, pero sirve como punto de partida para las nubes que fluyen hacia el noreste, dibujando un patrón sorprendentemente similar al generado por la estela de un barco sobre la superficie libre del agua.

La isla de Amsterdam es en realidad la cumbre de un volcán; aquel situado más al norte de la placa tectónica antártica. La cumbre del volcán, que se asoma por encima de la superficie del océano, conspiró con las condiciones atmosféricas para generar estas nubes. Empujado por el viento, el aire ascendió a un lado de la isla y luego bajó por el otro. A medida que el aire asciende, se enfría y se expande, y el vapor de agua en el aire se condensa para formar nubes. Cuando el aire cae, las nubes se evaporan. Si el aire es uniformemente húmedo, es probable que se forme una capa uniforme de nubes. Si el aire está seco, por el contrario, no es posible la producción de nubes. Pero si el aire contiene capas alternativamente húmedas y secas, se forman las nubes sólo en las capas húmedas de aire. En la imagen de satélite, un gran número de estas nubes se congregaron para formar los grandes patrones de ondas gravitatorias que observamos. Aquellos que quieran ver una versión de mayor resolución de esta imagen, les recomiendo visitar el siguiente link.

El segundo ejemplo podrán verlo ilustrado en el siguiente video, tomado el 6 de mayo de 2007 en Tama, Iowa (Estados Unidos). Los dejo disfrutarlo y los invito a comentarlo y/o discutirlo en clase el próximo jueves.

Espero que les sea útil.

Fenómeno de “aguas muertas” – Guia de ondas

El problema 6 de esta guía menciona el fenómeno denominado de aguas muertas, es decir, la generación de ondas interfaciales entre dos fluidos aún cuando la superficie libre permanece sin deformarse.

Les dejo bajo estas líneas un video en el cuál pueden ver directamente este efecto recreado en el laboratorio; quienes deseen saber más pueden leer una descripción del video en este documento.

Espero que les sea útil.

Reversibilidad y simetría en flujos a bajo número de Reynolds

Este post es una suerte de continuacion del anterior acerca de reversibilidad en flujos con bajo numero de Reynolds.

La reversibilidad tiene tambien una consecuencia sobre la simetria de las lineas de corriente. Consideremos, por ejemplo, el flujo alrededor de un obstáculo que presenta un plano de simetria (para fijar ideas, el plano x=0). Si u(x,y,z) es una solucion de la ecuacion de Stokes, entonces -u(x,y,z) es tambien solucion. Revirtiendo espacialmente el flujo, la parte trasera del obstaculo deviene el frente, y viceversa. Dado que el objeto es simetrico, deberiamos obtener las mismas lineas de corriente que en la configuracion inicial. Esto implica que u(x,y,z) –> -u(-x,y,z) = -u(x,y,z).

La figura sobre estas lineas muestra el flujo alrededor de un cilindro a Re = 1.5, flujo para el cual esta simetria (entre las partes anterior y posterior, i.e., la simetria de reflexion derecha-izquierda) se ha perdido ya. Efectivamente, hacen falta numeros de Reynolds muy bajos para que los efectos asociados a la inercia no se manifiesten.

Espero que les sea útil.

Fechas extraordinarias de consulta pre-parcial y pre-recuperatorios

Como les comentamos oportunamente en clase, creemos que sería muy positivo para ustedes disponer de una clase de consultas pre-(segundo)-parcial y pre-recuperatorios. Como saben, y a causa de la cantidad de feriados que hemos tenido, dentro del cronograma preestablecido no disponemos de ese tiempo en el horario habitual de clases.

Sin embargo, les proponemos establecer dos fechas de consultas extraordinarias (fuera del horario de clase) los siguientes dias y horarios:

  • Consultas pre-segundo-parcial:
    Martes 27 de noviembre; de 10 a 12 hs, aula a designar.
  • Consultas pre-recuperatorios:
    Viernes 30 de noviembre; de 10 a 12 hs, aula a designar.
Estos son los únicos horarios en los que estamos disponibles fuera del horario habitual de clases, se los ofrecemos con la intención de que los aprovechen para resolver sus dudas respecto de los contenidos de las guías de trabajos prácticos.

Esperamos que les sea útil.

Reversibilidad cinemática de flujos a bajo número de Reynolds

Una de las consecuencias de la linealidad de la ecuación de Stokes es la reversibilidad de los flujos a bajo número de Reynolds. Si el flujo se crea por el movimiento de paredes rígidas, cuando se invierte el movimiento de dichas paredes las partículas del fluido retoman exactamente las mismas trayectorias, pero en sentido inverso. Esta reversibilidad puede también comprenderse como una difusion ‘instantánea’ de la cantidad de movimiento a través de todo el flujo: la presencia de paredes sólidas influye al flujo vía la condición de no-deslizamiento sobre ellas. Así, cuando los efectos viscosos son dominantes, es la difusión del impulso (lineal) por la viscosidad quien transporta esta información.

Esta reversibilidad puede ponerse en evidencia mediante la experiencia siguiente. En un flujo de Couette entre dos cilindros coaxiales (flujo que resolvimos en las clases prácticas) ubicamos un fluido muy viscoso. Inyectamos luego localmente un poco de colorante (diluido en el mismo fluido) de manera de formar un ‘dibujo’ en el líquido. A continuación, ponemos uno de los dos cilindros en movimiento, haciéndole efectuar una rotación de varias vueltas. Como esperamos, el dibujo coloreado se distorsiona completamente debido a los esfuerzos de corte impuestos en el fluido. Si ahora invertimos el sentido de rotación del cilindro, y le hacemos efectuar la misma cantidad de vueltas, se observa que la marca realizada con el trazador se reconstituye exactamente en la misma posición que al inicio del movimiento. La única transformación irreversible sufrida por el colorante es, como era esperable, una ligera difusión debida a la agitación molecular. El siguiente video muestra una realización de dicha experiencia.

Esta reversibilidad cinemática tiene consecuencias fundamentales sobre los modos de propulsión animal. Los organismos de tamaño muy pequeño como, p.ej. las bacterias, viven en un mundo donde la inercia es despreciable frente a los efectos de la viscosidad. La evolución los ha conducido a modos de propulsión que utilizan flagelos y cilios, los cuales son radicalmente diferentes de los modos de propulsión de los organismos más grandes, que explotan los efectos de inercia.

Espero que el video les sea útil para comprender algunas de las características de los flujos a bajo número de Reynolds.

XII Reunión de Fluidos y sus Aplicaciones

Les escribo este post para comentarles que del 5 al 7 de Noviembre próximos, tendrá lugar la XII Reunión de Fluidos y sus Aplicaciones, en el Salón San Martín del Palacio de la Legislatura de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires, ubicada en la calle Perú 160. Esta Reunión, que se realiza bianualmente hace ya más de 10 años, se corresponde con la Reunión de División de Fluidos y Plasmas de la AFA, y tiene como objetivo estimular la colaboración y el intercambio de conocimiento entre investigadores y estudiantes a nivel de grado, doctorado y post-doctorado que trabajen o deseen trabajar en el ámbito de la dinámica de fluidos. Para más detalles (cronograma, listado de charlas y posters), los invito a visitar el sitio web de la Reunión: http://www.fluidos2012.org/

 

Para los estudiantes de grado, como es el caso de ustedes, no es necesaria preinscripción ni pago de arancel alguno, basta con hacerse presentes en el lugar de la Reunión e informar, al ingresar, que son estudiantes de la Licenciatura en Ciencias Físicas de la FCEN.

 

A aquellos que se sientan interesados por los contenidos de la materia, los invito a participar de la Reunión. Durante la misma podrán asistir a Charlas dadas por investigadores trabajando en el país, a Seminarios Invitados a cargo de investigadores destacados internacionalmente y, claro está, a la sesión de posters.

 

Espero verlos allí.

Análisis dimensional y teorema Pi de Vaschy-Buckingham

En la clase práctica de mañana comenzaremos a ver uno de los conceptos más importantes que integran la guía 6: el análisis dimensional. En particular, visitaremos el teorema Pi de Vaschy-Buckingham, uno de los teoremas de base del análisis dimensional.

Para aquellos que deseen tomar contacto con la publicación original de Buckingham, les dejo aquí el artículo, publicado en el Physical Review en 1914. En él, el autor estudia con generalidad la física de sistemas similares e ilustra con varios ejemplos interesantes el uso del análisis dimensional en diversas ramas de la física. Entre los casos que encontrarán analizados se cuentan la densidad de energía de un campo electromagnético y la radiación de un electrón acelerado.

Espero que les sirva.

Acerca de las soluciones autosimilares (guía 6)

En esta guía de problemas verán que algunos ejercicios les piden obtener las soluciones ‘autosimilares’ o ‘autosemejantes’ a un dado escenario físico (concretamente, los problemas 8, 9 y 16). Varias preguntas surgen naturalmente: por qué interesarnos por tales soluciones? son sólo simplificaciones matemáticas para facilitar la obtención de soluciones analíticas o tienen un significado físico más trascendente?

A quienes se hayan hecho estas preguntas, les dejo en este post un artículo muy interesante de Barenblatt & Zel’dovich. De este trabajo, les recomiendo únicamente la lectura de la introducción, donde los autores discuten justamente los interrogantes planteados en el párrafo anterior. El artículo podrán descargarlo haciendo click aquí.

Espero que les sirva.