La scoperta della viscosità dispari nei fluidi turbolenti

Un recente studio ha rivelato che una particolare proprietà dei fluidi, denominata “viscosità dispari”, può generare modelli regolari a partire dal movimento caotico dei fluidi turbolenti, come quelli osservati in un fiume impetuoso o nell’efflusso di un motore a reazione. Questa scoperta mette in luce la possibilità di controllare la turbolenza e ha implicazioni per fenomeni naturali come la corona solare e il vento solare.

Nonostante i progressi compiuti nella fisica classica negli ultimi secoli, il fenomeno della turbolenza rimane ancora parzialmente incompreso. La turbolenza si manifesta quotidianamente intorno a noi, dalle nuvole che si agitano nell’atmosfera sopra di noi al sangue che scorre nelle nostre vene, ma non è ancora ben compresa come altri fenomeni fisici comuni. Tuttavia, se riuscissimo a comprendere e controllare la turbolenza, potremmo ottenere importanti innovazioni, come ad esempio progettare ali di aerei, motori e turbine eoliche più efficienti.

La viscosità è solitamente una misura di quanto è difficile mescolare un fluido, ad esempio è più difficile mescolare un barattolo di miele rispetto a uno di acqua. Nella viscosità normale, il movimento dissipa l’energia che si è iniettata mescolando con un cucchiaio. Tuttavia, la “viscosità dispari” cambia il modo in cui gli oggetti si muovono senza dissipare energia. È stata osservata in certe condizioni rare in laboratorio.

I ricercatori hanno costruito una simulazione in cui le particelle mostravano “viscosità dispari”, in questo caso facendo ruotare tutte le particelle del fluido come trottole. Modificando i parametri, come la velocità di rotazione delle particelle, i ricercatori hanno scoperto una sorpresa. In un punto particolare, hanno iniziato a vedere modelli invece di vortici casuali.

Sebbene non tutte le particelle nei fluidi ruotino come trottole, ci sono esempi in natura. Ad esempio, gli elettroni o i gas poliatomici in un campo magnetico si comportano in questo modo. “Oltre al sole e al vento solare, ci sono diversi contesti in cui una versione di questo effetto può esistere, inclusi flussi atmosferici, plasmi e materia attiva”, ha detto il Prof. Vincenzo Vitelli, uno degli autori senior dello studio.

Mentre gli scienziati lavorano per sviluppare una comprensione più completa delle loro scoperte, sperano che ciò porti a una migliore comprensione dell’interazione tra vortici e onde nei flussi turbolenti. “Siamo solo all’inizio”, ha detto Vitelli, “ma sono affascinato dall’idea che puoi prendere uno stato turbolento che è l’epitome del caos e usarlo per creare modelli, il che è un cambiamento profondo ottenuto con un semplice tocco sulla scala più piccola”.