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

Fordító: Péter Pallós Lektor: Reka Lorinczy

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

A repülőben ülve hirtelen rántást érzünk.

Outside your window nothing seems to be happening,

Az ablakon kinézve kinn semmi különös sem látszik,

yet the plane continues to rattle you and your fellow passengers

de a repülő mégis rángatja az utasokat,

as it passes through turbulent air in the atmosphere.

amint turbulens légáramlaton halad át.

Although it may not comfort you to hear it,

Noha ez nem megnyugtató,

this phenomenon is one of the prevailing mysteries of physics.

a jelenség a fizika egyik régóta megoldatlan rejtélye.

After more than a century of studying turbulence,

Több mint egy évszázada tanulmányozzuk a turbulenciát,

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

de csak pár választ leltünk arra, hogyan is működik,

and affects the world around us.

és hogyan hat környezetünkre.

And yet, turbulence is ubiquitous,

Ám a turbulencia mindenütt jelen van,

springing up in virtually any system that has moving fluids.

bármely áramló közeget tartalmazó rendszerben előbukkan,

That includes the airflow in your respiratory tract.

többek közt légútjaink levegőáramában,

The blood moving through your arteries.

ütőereink véráramában,

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

csészénkben kavargatott kávénkban is.

Clouds are governed by turbulence,

A felhőket turbulenciák igazgatják,

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

akárcsak partokat csapkodó hullámokat vagy a napszél plazmaáramát.

Understanding precisely how this phenomenon works

A jelenség pontos megértése

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

kihatással lenne életünk megannyi területére.

Here’s what we do know.

Egyelőre ezt tudjuk róla.

Liquids and gases usually have two types of motion:

A folyadékok és gázok kétféleképpen mozognak:

a laminar flow, which is stable and smooth;

lamináris áramlással, amely egyenletes és akadálytalan,

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

és turbulens áramlással, amely részben szabálytalan örvényekből áll.

Imagine an incense stick.

Képzeljünk el egy füstölőpálcát.

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

A tövénél lévő háborítatlan füst lamináris árama nyugodt, viselkedése megjósolható.

Closer to the top, however,

Ám a csúcsához közelebb

the smoke accelerates, becomes unstable,

a füst fölgyorsul, labilissá lesz,

and the pattern of movement changes to something chaotic.

és mozgása kaotikussá válik.

That’s turbulence in action,

Ez működés közben a turbulencia.

and turbulent flows have certain characteristics in common.

A turbulens áramlásnak van pár jellemző tulajdonsága.

Firstly, turbulence is always chaotic.

Először: a turbulencia mindig kaotikus.

That’s different from being random.

Ez nem azt jelenti, hogy véletlenszerű,

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

hanem azt, hogy nagyon érzékeny a zavarásokra.

A little nudge one way or the other

Bármilyen irányú kis ráhatás

will eventually turn into completely different results.

a végén teljesen különböző eredményekre vezethet.

That makes it nearly impossible to predict what will happen,

Ezért szinte kiszámíthatatlan, hogy mi fog történni,

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

még a rendszer jelenlegi állapotának ismeretében is.

Another important characteristic of turbulence

A turbulencia másik jellemzője,

is the different scales of motion that these flows display.

hogy az áramlat mozgásának léptéke eltérő.

Turbulent flows have many differently-sized whirls called eddies,

A turbulens áramlatokban különböző nagyságú örvények és forgatagok vannak,

which are like vortices of different sizes and shapes.

ezek más-más méretű és alakú tölcsérekre hasonlítanak.

All those differently-sized eddies interact with each other,

Az örvények kölcsönhatásba lépnek egymással,

breaking up to become smaller and smaller

fokozatosan szétesnek, egyre kisebbekké válnak mindaddig,

until all that movement is transformed into heat,

míg az összes kinetikus energia hővé nem alakul

in a process called the “energy cascade."

az ún. energetikai kaszkádfolyamat során.

So that’s how we recognize turbulence–

Erről ismerszik meg a turbulencia.

but why does it happen?

De miért keletkezik?

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

Minden áramló folyadékra vagy gázra két ellentétes erő hat:

inertia and viscosity.

a tehetetlenség és a viszkozitás.

Inertia is the tendency of fluids to keep moving,

A tehetetlenség a folyadékok törekvése mozgásállapotuk megtartására,

which causes instability.

amely labilitást okoz.

Viscosity works against disruption,

A viszkozitás a változással szembeni ellenálló képesség,

making the flow laminar instead.

amely eközben lamináris mozgást hoz létre.

In thick fluids such as honey,

A mézszerű sűrű folyadékokban

viscosity almost always wins.

majdnem mindig a viszkozitás a döntő.

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

A kevésbé viszkózus közegek, pl. a víz vagy levegő esetén a tehetetlenség döntő,

which creates instabilities that develop into turbulence.

amely turbulenciába forduló labilitást okoz.

We measure where a flow falls on that spectrum

Hogy az áramlást melyik állapot jellemzi,

with something called the Reynolds number,

azt a Reynolds-számmal adjuk meg;

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

ez az áramlat tehetetlenségi erőinek és viszkózus erőinek aránya.

The higher the Reynolds number,

Minél nagyobb a Reynolds-szám,

the more likely it is that turbulence will occur.

annál valószínűbb, hogy turbulens mozgás jön létre.

Honey being poured into a cup, for example,

Pl. a csészébe öntött méz Reynolds-száma

has a Reynolds number of about 1.

körülbelül 1-gyel egyenlő.

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

Víz esetén a Reynolds-szám nagyságrendileg 10 000.

The Reynolds number is useful for understanding simple scenarios,

A Reynolds-szám egyszerű jelenségekre jól használható,

but it’s ineffective in many situations.

de más esetekre kevéssé hasznos.

For example, the motion of the atmosphere is significantly influenced

Pl. a légkör mozgására jelentősen hat

by factors including gravity and the earth’s rotation.

a gravitáció és a Föld forgása.

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

Vagy pl. vegyük az épületek vagy autók viszonylag egyszerű légellenállását.

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

Ezek a körülmények kísérletek és empirikus adatok alapján modellezhetők.

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

De fizikusok törvényekkel s egyenletekkel szeretnék megjósolni viselkedésüket,

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

ahogy az elektromágneses tereket vagy a bolygók pályáját modellezzük.

Most scientists think that getting there will rely on statistics

A legtöbb kutató úgy véli, hogy ehhez statisztikai adatokra

and increased computing power.

és nagyobb teljesítményű számítógépekre van szükség.

Extremely high-speed computer simulations of turbulent flows

A turbulens áramlások szuperszámítógépes szimulációja

could help us identify patterns that could lead to a theory

hozzájárulhat a törvényszerűségek megállapításához,

that organizes and unifies predictions across different situations.

amelyek rendszereznék s egységbe foglalnák az egyes helyzetek prognózisait.

Other scientists think that the phenomenon is so complex

Más tudósok szerint a jelenség annyira összetett,

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

hogy átfogó elméletben nem reménykedhetünk.

Hopefully we’ll reach a breakthrough,

Remélhetőleg azért áttörést érhetünk el,

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

mert a turbulencia teljes megértése előnyös hatással járhat.

That would include more efficient wind farms;

Ezek közé tartoznak a hatékonyabb szélerőművek,

the ability to better prepare for catastrophic weather events;

a katasztrofális időjárásra való jobb felkészülés,

or even the power to manipulate hurricanes away.

vagy az orkánok elhárítása is.

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

És persze, a milliónyi repülőgéputas simább utazása is.