A turbulência: um dos maiores mistérios da Física — Tomás Chor

Vejam a lição completa: https://ed.ted.com/lessons/turbulence-one-of-the-great-unsolved-mysteries-of-physics-tomas-chor

Estamos num avião e, de repente, sentimos um abanão. Pela janela. parece que nada acontece lá fora, mas o avião continua a abanar todos os passageiros enquanto passa por uma turbulência na atmosfera. O que é exatamente a turbulência e porque é que ela acontece? Tomás Chor mergulha num dos mistérios da Física: o complexo fenómeno da turbulência.

Lição de Tomás Chor, realização de Biljana Labovic.

Estamos num avião e, de repente,
sentimos um abanão.

Pela janela. parece que nada
acontece lá fora,

mas o avião continua a sacudir
todos os passageiros

enquanto passa por uma turbulência
na atmosfera.

Embora isto possa não nos tranquilizar,

este fenómeno é um
dos grandes mistérios da Física.

Depois de mais de cem anos
a estudar a turbulência

só conseguimos arranjar
algumas respostas para o seu funcionamento

e a forma como afeta o mundo
à nossa volta.

Mas a turbulência existe em toda a parte,

surgindo praticamente em qualquer sistema
que tenha fluidos em movimento.

Isso inclui o fluxo de ar
no nosso trato respiratório;

o sangue que se move
pelas nossas artérias;

e o café na chávena, quando o mexemos.

As nuvens são governadas por turbulência,

assim como as ondas que rebentam na praia

e as rajadas de plasma no Sol.

Perceber exatamente
como funciona este fenómeno

teria influência em muitos aspetos
da nossa vida.

Mas só sabemos isto.

Os líquidos e os gases têm habitualmente
dois tipos de movimento:

um fluxo laminar, que é estável e suave;

e um fluxo turbulento,

que é formado por redemoinhos
aparentemente desorganizados.

Imaginem um pau de incenso.

O fluxo laminar de fumo tranquilo
na base é contínuo e fácil de prever.

Mas, mais perto do topo,

o fumo acelera, torna-se instável

e o padrão do movimento
muda para uma coisa caótica.

É a turbulência em ação.

Os fluxos turbulentos têm
certas características em comum.

Primeiro, a turbulência é sempre caótica.

É uma coisa diferente de ser aleatória.

Pelo contrário, isto significa

que a turbulência
é muito sensível a perturbações.

Um pequeno toque, deste ou daquele modo,

acabará por ter resultados
totalmente diferentes.

Isso torna quase impossível
prever o que vai acontecer,

mesmo com muitas informações
sobre o estado atual de um sistema.

Outra característica importante
da turbulência

são as diferentes escalas de movimento
que estes fluxos exibem.

Os fluxos turbulentos têm redemoinhos
de muitas dimensões diferentes

chamados turbilhões

que são como vórtices
de diferentes tamanhos e formas.

Todos esses turbilhões de diferentes
tamanhos, interagem uns com os outros,

tornando-se cada vez mais pequenos

até todo o movimento
se transformar em calor

num processo chamado
a "cascata de energia".

É assim que reconhecemos a turbulência

— mas porque é que ela acontece?

Em todos os fluxos de líquidos ou gases
há duas forças opostas,

a inércia e a viscosidade.

A inércia é a tendência
de os fluidos continuarem em movimento

o que causa instabilidade.

A viscosidade funciona
contra essa instabilidade,

tornando o fluxo laminar.

Nos fluidos espessos, como o mel,

a viscosidade ganha quase sempre.

Substâncias menos viscosas, como a água
ou o ar, são mais propensas à inércia,

o que cria instabilidades
que evolui em turbulência.

Medimos a altura em que um fluxo
cai nesse espetro,

com uma coisa chamada
o número de Reynolds

que é o rácio entre a inércia
de um fluxo e a sua viscosidade.

Quanto mais alto for
o número de Reynolds,

mais provável é que ocorra turbulência

O mel, ao ser deitado numa chávena,
por exemplo,

tem um número de Reynolds
de cerca de 1.

A água, na mesma situação,
tem um número de Reynolds perto de 10 000.

O número de Reynolds é útil
para compreender cenários simples,

mas é ineficaz em muitas situações.

Por exemplo, o movimento da atmosfera
é significativamente influenciado

por fatores que incluem a gravidade
e a rotação da Terra

ou por coisas relativamente simples
como a fricção em edifícios e carros.

Podemos fazer modelos disso

graças a muitas experiências
e indícios empíricos.

Mas os físicos querem poder prevê-los,
por meio de leis físicas e equações

tal como podemos fazer modelos das órbitas
dos planetas ou campos eletromagnéticos.

A maioria dos cientistas pensam
lá chegar, através das estatísticas,

e da potência acrescida dos computadores.

Simulações de fluxos de turbulência

feitas em computadores
de altíssima velocidade

poderão ajudar a identificar padrões
que podem conduzir a uma teoria

que organize e unifique as previsões
em diferentes situações.

Outros cientistas pensam
que o fenómeno é tão complexo

que essa teoria integral
nunca vai ser possível.

Esperemos chegar a essa descoberta

porque compreender bem a turbulência
pode ter um enorme impacto positivo.

Isso incluirá turbinas eólicas
mais eficazes,

a capacidade de nos prepararmos melhor
para ocorrências de catástrofes

ou mesmo o poder de manipular
o afastamento de furações.

E, claro, viagens mais calmas
para milhões de passageiros aéreos.