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

Tradutor: Maurício Kakuei Tanaka Revisor: Raissa Mendes

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

Você está em um avião quando, de repente, sente uma sacudida.

Outside your window nothing seems to be happening,

Fora da janela, nada parece estar acontecendo,

yet the plane continues to rattle you and your fellow passengers

mas o avião continua a sacudir você e seus companheiros de viagem

as it passes through turbulent air in the atmosphere.

enquanto passa pelo ar turbulento da atmosfera.

Although it may not comfort you to hear it,

Embora saber isto possa não deixar você à vontade,

this phenomenon is one of the prevailing mysteries of physics.

esse fenômeno é um dos mistérios predominantes da física.

After more than a century of studying turbulence,

Depois de mais de um século estudando a turbulência,

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

só conseguimos algumas respostas sobre como ela funciona

and affects the world around us.

e afeta o mundo ao nosso redor.

And yet, turbulence is ubiquitous,

E, no entanto, a turbulência é onipresente,

springing up in virtually any system that has moving fluids.

surgindo em praticamente qualquer sistema que tenha fluidos em movimento.

That includes the airflow in your respiratory tract.

Isso inclui o fluxo de ar no trato respiratório;

The blood moving through your arteries.

o sangue se movendo por suas artérias;

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

e o café em seu copo, enquanto você o mexe.

Clouds are governed by turbulence,

As nuvens são regidas pela turbulência,

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

como as ondas batendo ao longo da costa e as rajadas de plasma em nosso Sol.

Understanding precisely how this phenomenon works

O entendimento preciso do funcionamento desse fenômeno

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

teria relevância em muitos aspectos de nossa vida.

Here’s what we do know.

Eis o que sabemos.

Liquids and gases usually have two types of motion:

Líquidos e gases geralmente têm dois tipos de movimento:

a laminar flow, which is stable and smooth;

um fluxo laminar, que é estável e suave;

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

outro turbulento, composto de redemoinhos aparentemente desorganizados.

Imagine an incense stick.

Imagine um palito de incenso.

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

O fluxo laminar de fumaça sereno na base é estável e fácil de prever.

Closer to the top, however,

Mais perto do topo, no entanto, a fumaça acelera, fica instável,

the smoke accelerates, becomes unstable,

and the pattern of movement changes to something chaotic.

e o padrão de movimento muda para algo caótico.

That’s turbulence in action,

Isso é turbulência em ação,

and turbulent flows have certain characteristics in common.

e os fluxos turbulentos têm certas características em comum.

Firstly, turbulence is always chaotic.

Em primeiro lugar, a turbulência é sempre caótica.

That’s different from being random.

Isso é diferente de ser aleatório.

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

Pelo contrário,

isso significa que a turbulência é muito sensível a perturbações.

A little nudge one way or the other

Um pequeno empurrão para um lado ou para o outro

will eventually turn into completely different results.

acabará se transformando em resultados completamente diferentes.

That makes it nearly impossible to predict what will happen,

Isso torna quase impossível prever o que vai acontecer,

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

mesmo com muita informação sobre o estado atual de um sistema.

Another important characteristic of turbulence

Outra característica importante da turbulência

is the different scales of motion that these flows display.

são as diferentes escalas de movimento que esses fluxos exibem.

Turbulent flows have many differently-sized whirls called eddies,

Fluxos turbulentos têm muitos redemoinhos de tamanhos diferentes

chamados de turbilhões,

which are like vortices of different sizes and shapes.

que são como vórtices de diferentes tamanhos e formas.

All those differently-sized eddies interact with each other,

Todos esses turbilhões interagem uns com os outros,

breaking up to become smaller and smaller

dividindo-se para se tornar cada vez menor

until all that movement is transformed into heat,

até que todo esse movimento seja transformado em calor,

in a process called the “energy cascade."

em um processo chamado de "cascata de energia".

So that’s how we recognize turbulence–

Então, é assim que reconhecemos a turbulência.

but why does it happen?

Mas por que isso acontece?

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

Em todo líquido ou gás que flui, há duas forças opostas:

inertia and viscosity.

inércia e viscosidade.

Inertia is the tendency of fluids to keep moving,

Inércia é a tendência dos fluidos de se manter em movimento,

which causes instability.

o que causa instabilidade.

Viscosity works against disruption,

A viscosidade funciona contra a perturbação,

making the flow laminar instead.

fazendo o fluxo laminar em vez disso.

In thick fluids such as honey,

Em fluidos grossos como o mel,

viscosity almost always wins.

a viscosidade quase sempre vence.

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

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

which creates instabilities that develop into turbulence.

que cria instabilidades que se transformam em turbulência.

We measure where a flow falls on that spectrum

Medimos onde um fluxo cai naquele espectro

with something called the Reynolds number,

com algo chamado o número de Reynolds,

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

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

The higher the Reynolds number,

Quanto maior o número de Reynolds,

the more likely it is that turbulence will occur.

mais provável é a ocorrência de turbulência.

Honey being poured into a cup, for example,

O mel, sendo despejado em um copo, por exemplo,

has a Reynolds number of about 1.

tem um número de Reynolds de cerca de um.

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

A mesma configuração com a água

tem um número de Reynolds mais próximo de 10 mil.

The Reynolds number is useful for understanding simple scenarios,

O número de Reynolds é útil para entender cenários simples,

but it’s ineffective in many situations.

mas é ineficaz em muitas situações.

For example, the motion of the atmosphere is significantly influenced

Por exemplo, o movimento da atmosfera é influenciado de modo significativo

by factors including gravity and the earth’s rotation.

por fatores que incluem a gravidade e a rotação da Terra.

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

Ou considere coisas relativamente simples, como a resistência em prédios e carros.

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

Podemos modelá-los graças a muitos experimentos e evidências empíricas.

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

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

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

assim como podemos modelar as órbitas de planetas ou campos eletromagnéticos.

Most scientists think that getting there will rely on statistics

A maioria dos cientistas pensa que chegar lá dependerá de estatísticas

and increased computing power.

e maior poder computacional.

Extremely high-speed computer simulations of turbulent flows

Simulações computacionais extremamente rápidas de fluxos turbulentos

could help us identify patterns that could lead to a theory

poderiam nos ajudar a identificar padrões que levariam a uma teoria

that organizes and unifies predictions across different situations.

que organiza e unifica previsões em diferentes situações.

Other scientists think that the phenomenon is so complex

Outros cientistas acreditam que o fenômeno é tão complexo

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

que tal teoria completa nunca será possível.

Hopefully we’ll reach a breakthrough,

Tomara que alcancemos um avanço,

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

porque um conhecimento real da turbulência pode ter enormes impactos positivos.

That would include more efficient wind farms;

Isso incluiria parques eólicos mais eficientes;

the ability to better prepare for catastrophic weather events;

a capacidade de se preparar melhor para eventos climáticos catastróficos;

or even the power to manipulate hurricanes away.

ou até mesmo o poder de afastar os furacões.

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

E, é claro, viagens mais calmas a milhões de passageiros de companhias aéreas.