Stats Tweet

Turbolenza.

Tendenza a suscitare turbamenti, agitazioni civili; il turbamento stesso. ║ Torbidezza, mancanza di chiarezza: la t. dell'acqua. • Aer. - Insieme dei movimenti atmosferici che agiscono sulle strutture degli aeromobili in volo, provocandone sobbalzi e sbandamenti. Può essere dovuta alle pulsazioni repentine e irregolari della velocità dell'aria, che ostacolano il movimento medio dell'aria atmosferica, o ai cambiamenti irregolari dei valori della temperatura in ogni punto. • Fis. - In fluidodinamica, comportamento irregolare e imprevedibile di un liquido o di un gas, caratterizzato da forti fluttuazioni del campo di velocità. Si consideri un fluido incompressibile, avente velocità V, dimensione lineare caratteristica L e viscosità cinematica ν (pari al rapporto tra il coefficiente di viscosità e la densità del fluido); in tal caso, è possibile dimostrare che, fissata la geometria del sistema, l'unico parametro rilevante è dato dal numero di Reynolds Re= VL/ν. In particolare, per piccoli valori di Re il moto del fluido è molto regolare (moto laminare); per valori di Re prossimi a 100, il moto presenta ancora una struttura spaziale regolare, ma si evolve caoticamente nel tempo (t. debole); infine, per valori di Re superiori, il moto presenta strutture spaziali sempre più complesse, su scale sempre più piccole (t. sviluppata o completamente sviluppata). Un esempio di t. è dato dal getto d'acqua che esce da un rubinetto: in questo caso il numero di Reynolds è proporzionale alla portata dell'acqua. Aprendo poco il rubinetto, l'acqua scende in modo regolare e inalterato nel tempo; aumentando la portata, il filetto d'acqua non è più regolare, ma in continuo cambiamento da punto a punto, con variazioni complicate e irregolari di tutte le quantità in gioco. Nella teoria della t. classica vengono affrontati due problemi: la transizione dal moto laminare al moto caotico (innesco della t. o transizione alla t.), e la t. sviluppata. Il problema dell'innesco della t. nei fluidi può essere descritto secondo quattro diversi meccanismi o scenari, proposti da diversi scienziati. Nello schema di Landau e Hopf, la t. è dovuta alla sovrapposizione di un certo numero di oscillazioni regolari, aventi frequenze diverse in rapporti non razionali. Tale scenario, tuttavia, non è applicabile per transizioni da tre a quattro frequenze, come dimostrato da Ruelle e Takens; lo schema da essi previsto si differenzia dal precedente in quanto descrive il passaggio da una traiettoria con tre frequenze con un attrattore strano, cioè con forte dipendenza dalle condizioni iniziali. Il terzo scenario, proposto da Feigenbaum, si basa sulle proprietà frattali del diagramma di biforcazione del sistema e prevede l'esistenza di un meccanismo universale di transizione alla t. per una vasta classe di leggi di evoluzione. L'ultimo scenario, proposto da Pomeau e Manneville, prevede il passaggio al caos mediante un comportamento intermittente: secondo tale meccanismo, per valori del parametro di controllo r poco superiori a un valore critico rc, il sistema presenta un'evoluzione regolare per lunghi periodi di tempo, interrotti da brevi fasi turbolente. La durata delle fasi di moto regolare diminuisce all'aumentare del parametro di controllo r, fino a raggiungere la fase di completa t. Mediante esperienze di laboratorio, è stato dimostrato che lo scenario proposto da Landau e Hopf non può fornire un'adeguata descrizione dei fenomeni di t.; gli altri scenari, invece, sono stati osservati sia in studi numerici con elaboratori sia in esperimenti di laboratorio. Si osservi infine che il meccanismo di transizione alla t. non è unico, ma dipende dal particolare sistema in esame; tuttavia, il numero degli scenari proposti non è molto alto. Il problema della t. sviluppata presenta una notevole importanza sia nella fisica teorica sia in molte applicazioni (meteorologia, ingegneria aeronautica, ecc.). Lo studio è basato su una teoria statistica della t., a causa dell'elevato numero di gradi di libertà coinvolti: il campo delle velocità, cioè, viene trattato come una variabile stocastica, non completamente determinata dalle condizioni iniziali e dalle condizioni al contorno. L'idea è di considerare un fluido incompressibile, omogeneo e isotropo in uno stato statisticamente stazionario, tale che le medie spaziali e temporali coincidano con le medie calcolate su un insieme di copie ideali del sistema fisico, a parità di parametri esterni. Le medie del campo di velocità in un punto fissato mostrano che la distribuzione del campo di velocità è approssimativamente gaussiana. La statistica che fornisce le informazioni più interessanti, tuttavia, è quella a più punti, basata, cioè, sulle equazioni differenziali ordinarie per le medie su più punti; poiché il numero delle equazioni supera sempre di un'unità il numero delle variabili in gioco, è necessario chiudere il sistema di equazioni aggiungendo un'ipotesi, che deve essere di natura euristica, come è stato dimostrato. Ci si aspetta inoltre che le proprietà statistiche della t. nei fluidi incompressibili, alle piccole scale di lunghezza, seguano delle leggi di scala universali, indipendenti, cioè, dalle condizioni al contorno, dal fluido considerato e dal tipo di forza esterna; si suppone poi che gli esponenti di queste leggi di scala possano essere calcolati sulla base di un processo detto cascata dell'energia, il quale prevede un trasferimento di energia dalle strutture vorticose sulla scala L caratteristica del sistema alle strutture su scale via via più piccole, fino alla scala l ~ LRe-1/3 (lunghezza di Kolomogorov). Una teoria di questo tipo è stata proposta da Kolmogorov nel 1941, basandosi sull'ipotesi di una distribuzione uniforme nello spazio dell'energia dissipata nell'unità di tempo; i dati sperimentali, tuttavia, mostrano degli scostamenti dalle previsioni teoriche, e la teoria attualmente diffusa si basa su uno schema multifrattale di distribuzione dell'energia dissipata. • Meteor. - Il complesso delle deviazioni e dei vortici di correnti d'aria dovuti all'attrito che il vento subisce vicino al suolo o quando incontra ostacoli di varia natura. Tipico fenomeno di t. è il sollevarsi dell'aria surriscaldata, provocato dall'eccessivo calore emanato dai tetti o dall'asfalto stradale, durante il periodo estivo; fenomeni di t. si hanno anche vicino ai rilievi montani, dove il vento, acquistando maggiore velocità, favorisce il formarsi di onde (dette onde di rilievo) che persistono in alto anche dopo il superamento dell'ostacolo. ║ Nubi di t.: nubi di tipo cumuliforme che si formano quando avviene un rimescolamento di uno strato d'aria con un altro avente diverse caratteristiche.