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

Traduttore: Marco Paglino Revisore: Silvia Fornasiero

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

Sei su un aereo quando senti un improvviso scossone.

Outside your window nothing seems to be happening,

Fuori dal tuo finestrino sembra non stia succedendo nulla

yet the plane continues to rattle you and your fellow passengers

eppure l'aereo continua a scuotere te e i tuoi compagni di viaggio

as it passes through turbulent air in the atmosphere.

passando nell'aria turbolenta dell'atmosfera.

Although it may not comfort you to hear it,

Sebbene potrebbe non consolarti sentirlo,

this phenomenon is one of the prevailing mysteries of physics.

questo fenomeno è uno dei principali misteri della fisica.

After more than a century of studying turbulence,

Dopo più di un secolo di studi sulla turbolenza,

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

abbiamo dato solo alcune risposte

su come funziona e influenza il mondo intorno a noi.

and affects the world around us.

And yet, turbulence is ubiquitous,

Eppure, la turbolenza è onnipresente,

springing up in virtually any system that has moving fluids.

e spunta praticamente in ogni sistema con dei fluidi in movimento.

That includes the airflow in your respiratory tract.

Questo include il flusso d'aria nell'apparato respiratorio.

The blood moving through your arteries.

Il sangue che si muove attraverso le arterie.

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

E il caffè nella tazzina, quando si mescola.

Clouds are governed by turbulence,

Le nuvole sono governate dalla turbolenza,

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

come lo sono le onde che si infrangono sulla costa

e le raffiche di plasma nel nostro sole.

Understanding precisely how this phenomenon works

Comprendere esattamente come funziona questo fenomeno

avrebbe una ripercussione su tanti aspetti della nostra vita.

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

Here’s what we do know.

Ecco ciò che sappiamo.

Liquids and gases usually have two types of motion:

Liquidi e gas di solito hanno due tipi di moto:

a laminar flow, which is stable and smooth;

un flusso laminare, che è stabile e tranquillo;

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

e un flusso turbolento,

che è composto di vortici apparentemente disordinati.

Imagine an incense stick.

Immagina un bastoncino di incenso.

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

Il flusso laminare di fumo liscio alla base è stabile e facile da predire.

Closer to the top, however,

Tuttavia, nella parte più alta

the smoke accelerates, becomes unstable,

il fumo accelera, diventa instabile,

and the pattern of movement changes to something chaotic.

e l'andamento del moto cambia in qualcosa di caotico.

That’s turbulence in action,

Questa è la turbolenza in azione,

and turbulent flows have certain characteristics in common.

e i flussi turbolenti hanno certe caratteristiche in comune.

Firstly, turbulence is always chaotic.

Prima di tutto, la turbolenza è sempre caotica.

That’s different from being random.

Che è diverso dall'essere casuale.

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

Piuttosto, significa che la turbolenza è molto sensibile alle perturbazioni.

A little nudge one way or the other

Una spintarella in un senso o nell'altro

will eventually turn into completely different results.

porterà a risultati completamente diversi.

That makes it nearly impossible to predict what will happen,

Questo rende praticamente impossibile predire cosa succederà,

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

persino con molte informazioni

sullo stato attuale del sistema.

Another important characteristic of turbulence

Un'altra caratteristica importante della turbolenza

is the different scales of motion that these flows display.

sono le diverse dimensioni di moto che mostrano questi flussi.

Turbulent flows have many differently-sized whirls called eddies,

I flussi di turbolenza

hanno molti mulinelli di dimensioni differenti chiamati "vortici",

which are like vortices of different sizes and shapes.

vortici di dimensione e forma diverse.

All those differently-sized eddies interact with each other,

Tutti questi vortici di dimensioni diverse

interagiscono l'uno con l'altro,

breaking up to become smaller and smaller

rompendosi per diventare sempre più piccoli

until all that movement is transformed into heat,

fino a che tutto questo movimento è trasformato in calore,

in a process called the “energy cascade."

in un processo chiamato la "cascata di energia".

So that’s how we recognize turbulence–

Ecco come riconosciamo la turbolenza.

but why does it happen?

Ma perché si verifica?

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

In ogni liquido o gas che scorre ci sono due forse opposte:

inertia and viscosity.

l'inerzia e la viscosità.

Inertia is the tendency of fluids to keep moving,

L'inerzia è la tendenza dei fluidi a continuare a muoversi,

which causes instability.

il che causa instabilità.

Viscosity works against disruption,

La viscosità contrasta le perturbazioni,

making the flow laminar instead.

rendendo il flusso laminare.

In thick fluids such as honey,

In liquidi densi come il miele,

viscosity almost always wins.

la viscosità vince quasi sempre.

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

Sostanze meno viscose come l'acqua o l'aria

sono più soggette all'inerzia,

which creates instabilities that develop into turbulence.

che crea le instabilità che evolvono nella turbolenza.

We measure where a flow falls on that spectrum

Si misura dove è posizionato un fluido in questo spettro

with something called the Reynolds number,

con qualcosa chiamato il numero di Reynolds,

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

che è il rapporto tra l'inerzia di un fluido e la sua viscosità.

The higher the Reynolds number,

Più grande è il numero di Reynolds,

the more likely it is that turbulence will occur.

più è probabile che si verifichi una turbolenza.

Honey being poured into a cup, for example,

Il miele versato in una tazza, ad esempio,

has a Reynolds number of about 1.

ha un numero di Reynolds pari ad 1.

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

La stessa situazione con l'acqua

ha un numero di Reynolds che è vicino a 10.000.

The Reynolds number is useful for understanding simple scenarios,

Il numero di Reynolds è utile per comprendere semplici scenari,

but it’s ineffective in many situations.

ma è inefficace in molte situazioni.

For example, the motion of the atmosphere is significantly influenced

Ad esempio, il movimento dell'atmosfera

è influenzato in modo significativo

by factors including gravity and the earth’s rotation.

da fattori che includono la gravità e la rotazione della terra.

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

Oppure considera cose relativamente semplici

come la resistenza aerodinamica dei palazzi e delle macchine.

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

Possiamo fare dei modelli grazie a molti esperimenti e prove empiriche.

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

Ma i fisici vogliono essere in grado di prevederli

attraverso leggi fisiche ed equazioni,

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

così come siamo in grado di modellare

le orbite dei pianeti e i campi elettromagnetici.

Most scientists think that getting there will rely on statistics

Molti scienziati pensano che per arrivarci si farà affidamento sulla statistica

and increased computing power.

e sull'aumento della potenza di calcolo.

Extremely high-speed computer simulations of turbulent flows

Simulazioni di flussi di turbolenza su computer estremamente veloci

could help us identify patterns that could lead to a theory

potrebbero aiutarci a identificare schemi che potrebbero portare a una teoria

that organizes and unifies predictions across different situations.

che organizzi e unifichi le predizioni attraverso situazioni diverse.

Other scientists think that the phenomenon is so complex

Altri scienziati pensano che il fenomeno sia talmente complesso

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

che una teoria così completa non potrà mai essere possibile.

Hopefully we’ll reach a breakthrough,

Speriamo di giungere a una scoperta,

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

perché una vera comprensione della turbolenza

potrebbe avere enormi impatti positivi,

That would include more efficient wind farms;

che potrebbero comprendere parchi eolici più efficienti;

the ability to better prepare for catastrophic weather events;

la possibilità di prepararsi meglio a eventi atmosferici catastrofici;

or even the power to manipulate hurricanes away.

o persino il potere di controllare gli uragani a distanza.

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

E naturalmente, voli più tranquilli

per milioni di passeggeri delle linee aeree.