Numărul Reynolds; Știință uimitoare
În mod surprinzător, granița dintre aceste două situații este destul de subțire și o putem percepe prin intermediul unei cantități numite numărul Reynolds. După cum vom vedea, înțelegerea tranziției dintre cele două comportamente este încă obiectul unei cercetări aprofundate [1].
Turbulenţă
Când fluxul unui lichid este sediul mai multor vârtejuri, spunem că acest flux este turbulent. Dimpotrivă, dacă fluxul pare a fi realizat într-un mod foarte paralel, vorbim de flux laminaria.
Fluxurile turbulente sunt deosebit de vizibile în apropierea obstacolelor, cum ar fi pilonii unui pod. Diferența dintre cele două situații este prezentată schematic în figura opusă: în partea superioară a fluxului laminar, în partea inferioară a fluxului turbulent.
Ceea ce face diferența este că într-un flux turbulent, mici tulburări dau naștere la vârtejuri. Dimpotrivă, într-un flux laminar, tulburările cedează rapid și fluxul își reia cursul liniștit.
De unde știi în avans dacă un flux va fi sediul turbulențelor? Depinde în principal de vâscozitatea lichidă, deoarece acest lucru acționează ca o frecare care va încetini tulburările și va împiedica apariția de vortexuri. Dar când este vâscozitatea suficientă pentru a încetini apariția vârtejurilor turbulente ?
O luptă între vâscozitate și inerție
Pentru a ști dacă vâscozitatea este suficient de puternică pentru a încetini vârtejurile, trebuie să o comparați cu inerția fluxului. Vâscozitatea tinde să facă vârtejurile să dispară, în timp ce inerția le propagă. Pentru a înțelege această ciocnire dintre vâscozitate și inerție, luați analogia cu un schior (în liceu, în mecanică, există întotdeauna schiori).
Ești un schior și ajungi în partea de jos a unei pante, unde pista devine plană. Cât de departe vei călători pe apartament cu impulsul tău? Evident, depinde: pe de o parte viteză pe care l-ai dobândit și, pe de altă parte intensitatea fricțiunii care te va reține. Este o luptă între inerția acumulată și fricțiunea zăpezii.
Pentru a vă cuantifica inerția, ne putem uita la energia cinetică, care merită după cum știți \ ((1/2) m v ^ 2 \). Pentru frecare, o putem exprima ca o forță proporțională cu viteza dvs., de exemplu \ (k.v \) unde \ (k \) este un coeficient de frecare.
Dacă puneți raportul celor două împreună, veți obține \ (mv/k \), care este o cantitate care vă oferă aproximativ distanța pe care o veți parcurge cu leagănul. Dacă ești greu, rapid și zăpada alunecă bine, vei merge mai departe decât dacă ești ușoară, lentă, iar zăpada este supă.
Numărul lui Reynolds
Să ne întoarcem la lichidul nostru și să aplicăm un raționament analog schiorului. Imaginați-vă că lichidul curge la o viteză medie v, într-un tub cu diametrul D. Dacă \ (\ rho \) este densitatea fluidului, energia cinetică a fluidului este aproximativ proporțională cu \ (\ rho v ^ 2 \ ).