Turbulence: One of the great unsolved mysteries of physics - Tomás Chor

Traductor: Silvina Katz Revisor: María Julia Galles

You’re on an airplane when you feel a sudden jolt.

Estás en un avión y de pronto sientes un sacudón repentino.

Outside your window nothing seems to be happening,

Por fuera de la ventana no parece que ocurriera nada,

yet the plane continues to rattle you and your fellow passengers

sin embargo, el avión sigue sacudiéndote tanto a ti como a tus compañeros de viaje

as it passes through turbulent air in the atmosphere.

al pasar por un flujo de aire turbulento en la atmósfera.

Although it may not comfort you to hear it,

Aunque no te consuele saberlo,

this phenomenon is one of the prevailing mysteries of physics.

este fenómeno sigue siendo uno de los grandes misterios de la física.

After more than a century of studying turbulence,

Después de más de un siglo de estudiar la turbulencia,

we’ve only come up with a few answers for how it works

solo se han encontrado pocas respuestas sobre cómo funciona

and affects the world around us.

y afecta al mundo que nos rodea.

And yet, turbulence is ubiquitous,

Y sin embargo, la turbulencia es ubicua,

springing up in virtually any system that has moving fluids.

y se observa en prácticamente casi todos los sistemas de fluidos en movimiento.

That includes the airflow in your respiratory tract.

Eso incluye el flujo de aire en nuestro tracto respiratorio,

The blood moving through your arteries.

la sangre que circula por nuestras arterias,

And the coffee in your cup, as you stir it.

y también el café de tu taza, cuando lo revuelves.

Clouds are governed by turbulence,

Las nubes están gobernadas por la turbulencia,

as are waves crashing along the shore and the gusts of plasma in our sun.

así como las olas que rompen en la costa y las ráfagas de plasma en nuestro sol.

Understanding precisely how this phenomenon works

Entender con precisión cómo funciona este fenómeno

would have a bearing on so many aspects of our lives.

influiría en muchos aspectos de nuestra vida.

Here’s what we do know.

Esto es lo que se sabe:

Liquids and gases usually have two types of motion:

los líquidos y los gases suelen tener dos tipos de movimiento,

a laminar flow, which is stable and smooth;

un flujo laminar, que es estable y suave,

and a turbulent flow, which is composed of seemingly unorganized swirls.

y un flujo turbulento, que se compone de remolinos aparentemente desorganizados.

Imagine an incense stick.

Imagina una varilla de incienso.

The laminar flow of unruffled smoke at the base is steady and easy to predict.

El flujo laminar de humo en la base es constante y fácil de predecir.

Closer to the top, however,

No obstante, al acercarse a la punta,

the smoke accelerates, becomes unstable,

el humo acelera, se vuelve inestable,

and the pattern of movement changes to something chaotic.

y el patrón de movimiento se vuelve caótico.

That’s turbulence in action,

Eso es la turbulencia en acción.

and turbulent flows have certain characteristics in common.

Los flujos turbulentos tienen ciertas características en común.

Firstly, turbulence is always chaotic.

En primer lugar, la turbulencia es siempre caótica.

That’s different from being random.

Eso es diferente de ser aleatoria.

Rather, this means that turbulence is very sensitive to disruptions.

Significa, más bien, que la turbulencia es muy sensible a las perturbaciones.

A little nudge one way or the other

Un pequeño empujón hacia un lado o el otro

will eventually turn into completely different results.

dará resultados completamente diferentes.

That makes it nearly impossible to predict what will happen,

Eso hace que sea casi imposible predecir lo que sucederá,

even with a lot of information about the current state of a system.

incluso con mucha información sobre el estado actual de un sistema.

Another important characteristic of turbulence

Otra característica importante de la turbulencia

is the different scales of motion that these flows display.

son las diferentes escalas de movimiento que se observa en estos flujos.

Turbulent flows have many differently-sized whirls called eddies,

Los flujos turbulentos tienen remolinos de distintos tamaños llamados torbellinos,

which are like vortices of different sizes and shapes.

que son como vórtices de diferentes tamaños y formas.

All those differently-sized eddies interact with each other,

Todos esos vórtices de distintos tamaños interactúan entre sí,

breaking up to become smaller and smaller

y se desintegran volviéndose cada vez más pequeños

until all that movement is transformed into heat,

hasta que todo ese movimiento se transforma en calor,

in a process called the “energy cascade."

en un proceso llamado la "cascada de energía".

So that’s how we recognize turbulence–

Así se reconoce a una turbulencia.

but why does it happen?

¿Y por qué sucede?

In every flowing liquid or gas there are two opposing forces:

Todo líquido o gas que fluye tiene dos fuerzas opuestas:

inertia and viscosity.

la inercia y la viscosidad.

Inertia is the tendency of fluids to keep moving,

La inercia es la tendencia de los fluidos a mantenerse en movimiento,

which causes instability.

lo que provoca inestabilidad.

Viscosity works against disruption,

La viscosidad trabaja contra la perturbación,

making the flow laminar instead.

transformando al flujo en laminar.

In thick fluids such as honey,

En los fluidos espesos como la miel,

viscosity almost always wins.

casi siempre gana la viscosidad.

Less viscous substances like water or air are more prone to inertia,

Las sustancias menos viscosas como el agua o el aire son más propensas a la inercia,

which creates instabilities that develop into turbulence.

lo que crea inestabilidades que se convierten en turbulencias.

We measure where a flow falls on that spectrum

Medimos al flujo en ese espectro

with something called the Reynolds number,

con lo que llamamos el número de Reynolds,

which is the ratio between a flow’s inertia and its viscosity.

que es la relación entre la inercia de un flujo y su viscosidad.

The higher the Reynolds number,

Cuanto mayor sea el número de Reynolds,

the more likely it is that turbulence will occur.

más probable es que se produzcan turbulencias.

Honey being poured into a cup, for example,

La miel vertida en una taza, por ejemplo,

has a Reynolds number of about 1.

tiene un número de Reynolds de aproximadamente 1.

The same set up with water has a Reynolds number that’s closer to 10,000.

La misma configuración con agua tiene un número de Reynolds de casi 10 000.

The Reynolds number is useful for understanding simple scenarios,

El número de Reynolds sirve para entender ejemplos sencillos,

but it’s ineffective in many situations.

pero es ineficaz en muchas situaciones.

For example, the motion of the atmosphere is significantly influenced

Por ejemplo, el movimiento de la atmósfera está influenciado de manera significativa

by factors including gravity and the earth’s rotation.

por factores que incluyen la gravedad y la rotación de la Tierra.

Or take relatively simple things like the drag on buildings and cars.

O si tomamos algo relativamente sencillo como el arrastre en edificios y autos,

We can model those thanks to many experiments and empirical evidence.

esos se pueden modelar gracias a muchos experimentos y evidencia empírica.

But physicists want to be able to predict them through physical laws and equations

Pero los físicos quieren poder predecirlos a través de leyes y ecuaciones físicas,

as well as we can model the orbits of planets or electromagnetic fields.

así como podemos modelar las órbitas de los planetas o campos electromagnéticos.

Most scientists think that getting there will rely on statistics

La mayoría de los científicos piensan que eso dependerá de las estadísticas

and increased computing power.

y de una mayor potencia de cómputo.

Extremely high-speed computer simulations of turbulent flows

Las simulaciones informáticas de flujos turbulentos a velocidades sumamente altas

could help us identify patterns that could lead to a theory

podrían ayudarnos a identificar patrones que podrían conducir a una teoría

that organizes and unifies predictions across different situations.

que organice y unifique predicciones en situaciones diferentes.

Other scientists think that the phenomenon is so complex

Otros científicos piensan que el fenómeno es tan complejo

that such a full-fledged theory isn’t ever going to be possible.

que una teoría tan completa nunca será posible.

Hopefully we’ll reach a breakthrough,

Esperemos que logremos un gran avance,

because a true understanding of turbulence could have huge positive impacts.

porque comprender bien la turbulencia podría tener un gran impacto.

That would include more efficient wind farms;

Eso incluiría parques eólicos más eficientes,

the ability to better prepare for catastrophic weather events;

la capacidad de prepararse mejor para eventos meteorológicos catastróficos,

or even the power to manipulate hurricanes away.

o incluso el poder de manipular huracanes para que se vayan.

And, of course, smoother rides for millions of airline passengers.

Y, por supuesto, viajes más suaves para millones de pasajeros aéreos.