Antes vimos en clase una breve introducción a flujos turbulentos. Estos flujos permite realizar visualizaciones de flujos muy atractivas. Pueden ver algunas galerías de imágenes y videos de simulaciones numéricas de estos flujos en:

http://www.vapor.ucar.edu/gallery/image
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

Les dejo también 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 espectro en este trabajo probablemente corresponda al espectro de ley de potencias con mayor separación de escalas que se conoce.

Finalmente, dejo algunas imágenes de flujos turbulentos obtenidas por nuestro grupo. En orden, las imágenes muestran simulaciones numéricas de turbulencia hidrodinámica en tres dimensiones, 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 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 inferior en el sentido opuesto). Es muy importante en astrofísica y geofísica porque es responsable de la mezcla de los dos fluidos. En clase estudiamos su evolución lineal usando el método de perturbaciones. Luego de la etapa lineal, el sistema evoluciona en un régimen no-lineal. Les dejo ahora algunos videos e imágenes para que vean como la inestabilidad evoluciona tanto en su régimen lineal como no-lineal.

Un video muy corto de esta inestabilidad en el laboratorio:

http://www.youtube.com/watch?v=CL7s8h7mtPE

Unas páginas web con videos muy impresionantes de una simulación numérica de la inestabilidad en dinámica molecular (busquen el link a los videos; en la segunda página se encuentran al final):

http://www.aps.org/units/dfd/pressroom/gallery/2008/richards.cfm
http://ecommons.library.cornell.edu/handle/1813/11528

La instabilidad es común en la atmósfera. Aquí hay varias imágenes como ejemplo (¡miren las nubes!):

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

Otra inestabilidad importante en astrofísica y geofísica (¡y para otras aplicaciones!) es la inestabilidad de Rayleigh-Taylor. Esta inestabilidad es muy común en astrofísica cuando se tienen 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. Les dejo varias imágenes que ilustran su evolución lineal y no-lineal.

Los flujos viscosos tienen propiedades interesantes, y su comportamiento puede diferir mucho de los flujos ideales que estudiamos hasta ahora. Para que piensen (y discutamos en clase), les dejo dos videos:

http://www.youtube.com/watch?v=p08_KlTKP50
http://courses2.cit.cornell.edu/physicsdemos/secondary.php?pfID=90

Les dejo dos videos mostrando barcos de Flettner, que usan el efecto Magnus para desplazarse (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 (según el autor de la página, solo uno de los prototipos consiguió volar):

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):

http://www.icar-101.com/icar/index.php?/eng

El miercoles pasado vimos en clase la ley de Bernoulli. Les dejo varias demostraciones de la misma, con experimentos que pueden hacer en sus casas:

http://www.efluids.com/efluids/gallery_exp/exp_pages/BendingPaper.jsp
http://www.efluids.com/efluids/gallery_exp/exp_pages/spoon.jsp
http://www.efluids.com/efluids/gallery_exp/exp_pages/TwoBalls.jsp

El principio fundamental en ambos casos es el mismo; en regiones en las que el fluido se mueve con mayor velocidad, la presion es menor, resultando en una fuerza que apunta en sentido contrario al gradiente de presion.

Volviendo al tema de la primer clase, cuando discutimos bajo que condiciones un medio se comporta como un fluido, Andrés Rabinovich me envió links a un experimento con brea en el que observan como la brea fluye lentamente (cae una gota cada aproximadamente 10 años):

http://elzo-meridianos.blogspot.com.ar/2008/05/el-experimento-ms-largo-de-la-historia.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Pitch_drop_experiment

Daniel también me envió el video de un experimento que realizaron en el laboratorio de oceanografía teórica (en el Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Oceanos). El experimento se realiza usando un recipiente con agua en una mesa rotante; una cámara filma desde arriba, en el sistema comóvil con el fluido. A partir del minuto 2:30, se introduce sal (para generar estratificación) y tinta (como una forma de trazar el movimiento del fluido). Para identificar regiones que se mueven con velocidad relativa diferente a la del resto del fluido, mas adelante también usan unos papeles:

http://youtu.be/MzY6CDtSWBo

Les dejo varios videos que ilustran los conceptos de lineas de corriente, trazas y trayectorias a partir de métodos experimentales de visualización en fluidos.

Primero, algunas visualizaciones de flujos a traves de cilindros, en los casos laminar y turbulento:

http://www.youtube.com/watch?v=j6yB90vno1E
http://www.youtube.com/watch?v=_AJgEa2dbJU

Un video (viejo, pero muy completo) sobre técnicas usuales de visualización en fluidos, en tres partes. En la primera parte, empezando en el minuto 3:13, hay diferentes visualizaciones de flujos en tuberias que se angostan, comparando lineas de corriente, trazas, trayectorias (y otros conceptos). Como los tres videos son largos, es muy recomendable que miren al menos ese segmento del primer video:

http://www.youtube.com/watch?v=DOUfyDHxkYQ
http://www.youtube.com/watch?v=rDhSdtMjSpA
http://www.youtube.com/watch?v=uewkm_pKXOc

Finalmente, la página web de un curso en la Universidad de Colorado sobre visualización en fluidos, para estudiantes de física y de arte. Miren las galerias de imagenes (la página tambien tiene varias clases en formato PDF sobre fluidos y técnicas de visualización):

http://www.colorado.edu/MCEN/flowvis/index.html