Un team di scienziati dell'Istituto di Meccanica, MSU, ha dimostrato come fluttuazioni casuali nella velocità di rotazione e nel rumore influenzino il numero di vortici nel flusso sferico di Couette. Riferiscono che il livello di rumore e il regime di flusso hanno una complicata correlazione non lineare. I nuovi dati contribuiranno a modelli più esatti dei flussi naturali, inclusa la circolazione atmosferica. I risultati del lavoro sono stati pubblicati nel Caos rivista.

Il flusso sferico di Couette è il flusso di liquido in uno strato sferico causato dalla rotazione dei suoi bordi. In un ambiente di laboratorio, è studiato utilizzando due sfere trasparenti:quella esterna è fissa e quella interna ruota ad una determinata velocità. Questo modello aiuta a descrivere i movimenti su larga scala dell'atmosfera, oceani, e mantello della Terra causati dalla rotazione del pianeta. Tutti questi processi naturali sono generalmente turbolenti. Il primo passo verso la turbolenza è la perdita di stabilità da parte di un flusso permanente, provocando la comparsa spontanea di vortici nei liquidi o nei gas. Ma cosa influenza la stabilità e determina l'ulteriore regime di flusso (ad esempio il numero di vortici nel flusso)? Rispondendo a questa domanda, gli scienziati saranno in grado di prevedere meglio i cambiamenti climatici sulla Terra.

Il regime del flusso di Couette è determinato dalla storia del suo sviluppo, compreso il valore dell'accelerazione con cui cambia la velocità di rotazione della sfera interna. Questo valore determina se ci sono tre o quattro vortici che si formano nel flusso. Però, non ci sono velocità di rotazione o accelerazioni stabili nei processi naturali, e le variazioni casuali accadono abbastanza spesso. Un team di scienziati dell'Istituto di Meccanica, MSU, dimostrato in un nuovo esperimento come il regime di flusso possa essere influenzato da fluttuazioni casuali della velocità di rotazione o da rumori. Gli sperimentatori hanno amplificato i rumori apposta per vedere cosa succede con il flusso. Il numero di vortici nel liquido è stato determinato sia ad occhio nudo (utilizzando particelle di polvere di alluminio per la visualizzazione) sia misurando la velocità del flusso con l'anemometro laser Doppler.

I risultati degli esperimenti sono stati più complessi di quanto i ricercatori avrebbero potuto suggerire. Le fluttuazioni casuali e i regimi di flusso del liquido hanno effettivamente una correlazione tra loro, ma non è lineare. Quando i rumori non erano eccessivi, il flusso ha mostrato tre vortici. Lo stesso scenario è stato osservato quando non c'erano rumori. Prossimo, quando i livelli di rumore erano alti, il liquido sembrava "dimenticare" l'influenza dell'accelerazione, e quattro vortici si sono formati nel flusso. Ma quando gli scienziati hanno osservato la situazione più complessa, in cui i livelli di rumore erano nella media, hanno scoperto che il numero di vortici dipende sia dal valore di accelerazione che dal livello di rumore, e questa dipendenza è non lineare.

"È ancora da scoprire come i rumori di media ampiezza influenzino il flusso, "dice Dmitry Zhilenko, coautore dell'opera, e un ricercatore associato senior dell'Istituto di Meccanica. "Questo aiuterà a valutare l'influenza dei rumori sui processi in vari corpi naturali:pulsar, l'atmosfera terrestre, e atmosfere di altri pianeti. Per esempio, alcuni studi suggeriscono che fluttuazioni casuali nell'afflusso di calore nell'atmosfera dal Sole possono cambiare l'elemento della circolazione atmosferica:Hadley, Ferrel, e cellule polari. Queste cellule assomigliano ad anelli con anelli di circolazione dell'aria chiusi, e il clima di tutto il pianeta dipende direttamente dalla circolazione atmosferica in essi."