Turbulenţa, cea mai importantă problemă nerezolvată a Fizicii clasice

Da, da, aşa spune unul dintre cei mai profunzi fizicieni ai omenirii, Richard Feynman. Cea mai importantă problemă a Fizicii clasice! Vă daţi seama? Nicio altă problemă a Fizicii clasice nu este mai importantă ca problema turbulenţei.

Oare de ce? Oare de ce este atât de importantă turbulenţa? Pentru că este o expresie a mişcării însăşi. Altfel spus, nu cunoaştem ceva absolut elementar despre mişcarea însăşi.

Desigur, această incapacitate a noastră se propagă la toate domeniile Fizicii. Niciunul dintre domeniile Fizicii nu poate explica turbulenţa. Toată Fizica noastră se rezumă doar la curgerea laminară. Nici teoria relativităţii şi nici mecanica cuantică nu sunt capabile să rezolve problema.

Atunci, nu cumva turbulenţa este tocmai o punte de legătură între domeniile rupte ale Fizicii? Nu cumva turbulenţa este tocmai o punte de legătură între teoria relativităţii şi Fizica cuantică? Sau, mai ales, nu cumva rezolvarea problemei turbulenţei ar putea duce la apariţia unei noi Fizici, mai cuprinzătoare, care să le conţină ca şi cazuri particulare pe toate celelalte?

Cu aceste probleme în minte, vă invit din nou să aprofundaţi teorema de recurenţă a formulelor lui Frenet, o teoremă care promite să aducă ceva nou şi profund în studiul mişcării, în studiul turbulenţei.

Există o teorie a curgerii turbulente încă de prin anii '40, așa numita teorie Landau-Hopf. Nu cunosc amănunte, nu știu care sunt succesele și limitările ei. Cred că drumul ce trebuie urmat spre rezolvarea problemei ține de teoria haosului și matematica neliniară.

Abel Cavaşi a scris:
Cu aceste probleme în minte, vă invit din nou să aprofundaţi teorema de recurenţă a formulelor lui Frenet, o teoremă care promite să aducă ceva nou şi profund în studiul mişcării, în studiul turbulenţei.

Formulele lui Frenet sunt valabile numai daca:
1. Se folosesc doar versori? Imaginati-va ce s-ar intampla daca T, N si B
ar fi variabile?(de ce traiectoria trebuie sa fie "uniforma"?)
2.In cazul primului versor T (tangenta). Nu am inteles care este planul care este luat ca reper?
Deoarece la un punct al traiectoriei eu pot avea chiar o infinitate de tangente.
Se considera ca e luat aleator , apoi in functie de T se stabilesc N si B?
Sau este ceva legat de timp , se pare?( directia tangentei depinde de timp?)
Cum ramane cu afirmatia ca proprietatile triedrului nu mai depind de reperul cartezian initial?

omuldinluna a scris:Există o teorie a curgerii turbulente încă de prin anii '40, așa numita teorie Landau-Hopf. Nu cunosc amănunte, nu știu care sunt succesele și limitările ei. Cred că drumul ce trebuie urmat spre rezolvarea problemei ține de teoria haosului și matematica neliniară.

Apreciez faptul că încerci să aduci în discuţie elemente noi, informaţii noi. Dar doresc să atrag atenţia asupra faptului că asemenea mesaje estompează ceea ce este mult mai important: faptul că turbulenţa este în continuare o problemă nerezolvată. Nu diminua importanţa lucrurilor importante! Te rog mult!

Syntax a scris:Formulele lui Frenet sunt valabile numai daca:
1. Se folosesc doar versori? Imaginati-va ce s-ar intampla daca T, N si B
ar fi variabile?(de ce traiectoria trebuie sa fie "uniforma"?)

Formulele lui Frenet sunt valabile pentru orice vector, doar că pentru versori au o formă mai simplă. T, N şi B chiar sunt variabili. Altfel, curbura şi torsiunea s-ar anula.

2.In cazul primului versor T (tangenta). Nu am inteles care este planul care este luat ca reper?
Deoarece la un punct al traiectoriei eu pot avea chiar o infinitate de tangente.
Se considera ca e luat aleator , apoi in functie de T se stabilesc N si B?
Sau este ceva legat de timp , se pare?( directia tangentei depinde de timp?)
Cum ramane cu afirmatia ca proprietatile triedrului nu mai depind de reperul cartezian initial?

Foarte faine probleme îţi pui! Într-adevăr, reperul cartezian introduce asemenea arbitrarietăţi, dar formulele lui Frenet, nu. Formulele lui Frenet îţi spun exact unde se află derivata tangentei şi care este planul (osculator). Tocmai de aceea trebuie pornit de la triedrul lui Frenet pentru a se ajunge la reperul cartezian, nu invers.

Foarte clar!
Urmeaza sa ma pun la punct cu formulele lui Frenet si sa refac eu insumi toate calculele.
Deocamdata nu am intrebari,dar revin.

am putea considera că turbulența nu e decît o formă de manifestare la nivel macroscopic a naturii cuantice a mișcării

Turbulenta reprezinta raspunsul fluidului de o anumita vascozitate, obligat sa circule cu o anumita viteza, printr-o anumita sectiune avand o anumita rugozitate. Toti acesti parametri nu tin de natura cuantica, ci de relatia fluid, suprafata sectiunii de trecere, adica de frecarea intre cele doua. Daca vreti, turbulenta este comparabila cu zgomotul unei mscari, in timp ce curgerea laminara este sunetul.

doar dacă continui să consideri efectele cuantice existente doar la nivel atomic la fel ca fizica oficioasă

totedati a scris:am putea considera că turbulența nu e decît o formă de manifestare la nivel macroscopic a naturii cuantice a mișcării

Da, cu siguranţă e aşa. O teorie care va explica turbulenţa (şi aceea nu poate fi alta decât cea bazată pe teorema de recurenţă) va arăta că, şi reciproc, efectele cuantice nu sunt altceva decât o manifestare a turbulenţei la scară foarte mică. Moleculele, atomii, nuclelele nu sunt altceva decât vârtejuri turbulente foarte stabile.

virgil a scris:Turbulenta reprezinta raspunsul fluidului de o anumita vascozitate, obligat sa circule cu o anumita viteza, printr-o anumita sectiune avand o anumita rugozitate. Toti acesti parametri nu tin de natura cuantica, ci de relatia fluid, suprafata sectiunii de trecere, adica de frecarea intre cele doua. Daca vreti, turbulenta este comparabila cu zgomotul unei mscari, in timp ce curgerea laminara este sunetul.

Prima parte a mesajului este o simplă afirmaţie nefondată. De unde ştii că „Toti acesti parametri nu tin de natura cuantica”? Însăşi rugozitatea poate produce efecte cuantice.

totedati a scris:doar dacă continui să consideri efectele cuantice existente doar la nivel atomic la fel ca fizica oficioasă

Corect. Trebuie să ieşim din tiparele în care ne-a băgat Fizica oficială dacă vrem să înţelegem mai mult.

Prima parte a mesajului este o simplă afirmaţie nefondată. De unde ştii că „Toti acesti parametri nu tin de natura cuantica”? Însăşi rugozitatea poate produce efecte cuantice.

Ce zici pozele din dreapta care semnifica anumite scheme de curgere turbulenta, tin de natura cuantica, sau ne forma fizica glosiera a corpurilor?

Eu (şi totedati) ziceam că cele două sunt unul şi acelaşi lucru. Deci, ţin şi de natura cuantică şi ţin şi de rugozitate. Spuneam că rugozitatea produce efecte cuantice.

virgil a scris:
Ce zici pozele din dreapta care semnifica anumite scheme de curgere turbulenta, tin de natura cuantica, sau ne forma fizica glosiera a corpurilor?

In imagine, in dreapta jos , se considera cumva fluidul fiind liniar?
Vad acolo ceva asemanator cu liniile de camp. Sensul acestor linii devine opus in momentul miscarii, si se considera fluidul in repaus ?
Si ce diferenta ar fi daca "fluidul" ar fi vid?
Turbulentele ar fi zero? Daca cuanta are viteza luminii turbulenta cat va fi?
Ce se intampla cu energia traiectoriei ?
Va genera turbulente (vartejuri) ale caror traiectorii si energii se vor "conserva" unele dintre ele transformandu-se chiar in materie?

Turbulenta reprezinta raspunsul fluidului de o anumita vascozitate, obligat sa circule cu o anumita viteza, printr-o anumita sectiune avand o anumita rugozitate. Toti acesti parametri nu tin de natura cuantica, ci de relatia fluid, suprafata sectiunii de trecere, adica de frecarea intre cele doua. Daca vreti, turbulenta este comparabila cu zgomotul unei mscari, in timp ce curgerea laminara este sunetul.

Mediile continui sunt caracterizate in general de stari statice ale fluidului. Atunci cand intervine o miscare liniara, lenta, a fluidului, la granita de delimitare dintre fluid si mediul inconjurator, tensiunile superficiale ale peliculei fluidului se orienteaza pe directia deplasarii permitand o deplasare ce se obtine prin glisarea straturilor de fluid, inregistrandu-se un gradient de viteza cuprins intre zero si V. Pe masura cresterii vitezei fluidului, are loc o rupere a peliculei superficiale si a straturilor ce creaza gradientul de viteza, producandu-se un amestec al acestor straturi, obtinandu-se curgerea turbulenta, adica amestecul "straturilor rupte"', caracterizate de viteze diferite. Astfel dispare gradientul de viteza, instalandu-se dezordinea straturilor cu viteze diferite ce au ca rezultat turbulenta. Faptul ca nivelul de turbulenta depinde in mare masura de tensiunile superficiale, este dovedit prin efectuarea experientelor cu fluide din ce in ce mai vascoase. Astfel intr-un fel se comporta curgerea apei, si in alt fel se comporta curgerea uleiului, prin aceleasi sectiuni de curgere, si la aceiasi viteza.

Virgil, tu vrei să insinuezi aici că ai explicat turbulenţa?

Virgil se refera la miscarea unui fluid de o anumita vascozitate care circula printr-o anumita sectiune.
Abel se refera la traiectoria fluidului si la efectul pe care il genereaza aceasta traiectorie.
Eu intreb daca turbulentele se pot produce in vid de un corp care se deplaseaza cu viteza luminii.
Nu ma mir de ce a ramas nerezolvata aceasta problema!

Syntax a scris:Eu intreb daca turbulentele se pot produce in vid de un corp care se deplaseaza cu viteza luminii.

Turbulenţa cui?

Razvan a scris:

Syntax a scris:Eu intreb daca turbulentele se pot produce in vid de un corp care se deplaseaza cu viteza luminii.

Turbulenţa cui?

A bosonilor sau gravitonilor.

Şi fermionii nu ? De graviton nu zic nimic, fiind particulă ipotetică.
Bosonii sunt particule purtătoare de forţă. Hai să luăm cazul fotonului (nu are masă, deci se deplasează cu viteza luminii): la deplasarea sa în vid, ce anume s-ar "tulbura" ?

Razvan a scris:Şi fermionii nu ? De graviton nu zic nimic, fiind particulă ipotetică.
Bosonii sunt particule purtătoare de forţă. Hai să luăm cazul fotonului (nu are masă, deci se deplasează cu viteza luminii): la deplasarea sa în vid, ce anume s-ar "tulbura" ?

Fotonul nu are masa de repaus. Cand se deplaseaza cu viteza luminii masa lui devine nenula.
Ce ar putea "tulbura"? Vascozitatea vidului.Mi se pare logic ca aceasta vascozitate sa "limiteze" viteza fotonului exact la viteza luminii, altfel ar putea atinge viteze infinite(ceea ce nu cred ca sunteti de acord)
Un exemplu pe care l-am putea discuta: de ce lumina este deviata de gravitatie?

Razvan a scris:
În ce priveşte "văscozitatea" vidului, nu e totuna cu turbulenţa.

Daca as considera vidul un "fluid" de o anumita vascozitate, deplasarea fotonului ar provoca turbulente. La asta ma refer.
Fotonul este o particula reala si deplasarea lui produce efecte reale.
Am amintit de exemplul cu deviatia luminii in camp gravitational.
Buna observatia : de ce un foton este deviat.
Insa conform principiului de reactiune si campul gravitational sufera "modificari" la trecerea fotonului, nu-i asa? Mici vartejuri turbionare, "furtuni" magnetice sau cum se numesc.
Dar revin la deplasarea fotonului in vid.( o situatie ipotetica, pentru ca in realitate nu exista vid "absolut" in sensul in care este el definit: absenta materiei)
Ce s-ar intampla daca fotonul s-ar deplasa pe o curba din ce in ce mai stransa si in acelasi timp s-ar roti si in jurul axei sale. Viteza este constanta. Insa ce se va intampla cu frecventa lui?(Deoarece stim ca el este purtator si generator de camp electromagnetic alternativ de foarte mare frecventa
E=constanta Planck * frecventa foton.
Ce se va intampla in timpul acestei deplasari a fotonului?

Razvan a scris:
Acum să revenim la problemele noastre.

Ce s-ar intampla daca fotonul s-ar deplasa pe o curba din ce in ce mai stransa si in acelasi timp s-ar roti si in jurul axei sale. Viteza este constanta. Insa ce se va intampla cu frecventa lui?

Nimic

Sper ca nu v-ati inspirat din subiectul postat de mine : In cautarea "nimicurilor".
Acolo incerc sa explic ca "nimicul" este o stare de manifestare critica a energiei.

Turbulenta apartine fluidelor in miscare relativa fata de traseele rigide prin care are loc curgerea, iar aceasta caracteristica nu se poate extinde particulelor in miscare, care au o comportare proprie, deoarece acestora le sunt caracteristice undele asociate. Extinderea turbulentei asupra particulelor este similara cu miscarea pietrelor printr-un fluid. Totusi studierea miscarii corpurilor printr-un fluid precum apa, ne ajuta sa intelegem cum apare turbulenta. Daca avem o piatra tractata cu o sfoara prin apa, vom observa ca piatra la o anumita viteza, capata o miscare sinusoidala in jurul directiei de deplasare, datorita frecarii cu apa. Aceasta miscare se pune in evidenta numai la o anumita viteza, cand devine vizibila miscarea sinusoidala. Daca crestem treptat viteza vom observa ca si miscarea sinusoidala isi modifica lungimea de unda. Acum daca vom lua mai multe pietre, tractate cu viteze diferite, vom observa o miscare sinusoidala diferentiata de la o piatra la alta. Privit in ansamblu, toate pietrele se misca prin apa in felul lor lasand impresia unei dezordini totale asemanatoare unei turbulente. Daca la viteze mici toate pietrele se misca liniar, ceia ce se intampla si la curgerea liniara, la viteze ce depasesc un anumit prag, oscilatiile diferite imita miscarea turbulenta. In cazul curgerii fluidelor fenomenul se repeta, avand o influienta mare vascozitatea fluidului, si calitatea suprafetelor cu care intra in contact.

virgil a scris:Turbulenta apartine fluidelor in miscare relativa fata de traseele rigide prin care are loc curgerea, iar aceasta caracteristica nu se poate extinde particulelor in miscare, care au o comportare proprie, deoarece acestora le sunt caracteristice undele asociate. Extinderea turbulentei asupra particulelor este similara cu miscarea pietrelor printr-un fluid. Totusi studierea miscarii corpurilor printr-un fluid precum apa, ne ajuta sa intelegem cum apare turbulenta.

Interesant : turbulenta e o miscare a fluidului ca ansamblu.
Sau turbulenta este miscarea particulelor din fluid.( a pietrelor in acest exemplu)
Cine sau ce cauzeaza turbulenta: fluidul care reactioneaza la miscarea corpului? sau corpul care trece prin fluid? sau si una si alta?

Interesant : turbulenta e o miscare a fluidului ca ansamblu.
Sau turbulenta este miscarea particulelor din fluid.( a pietrelor in acest exemplu)
Cine sau ce cauzeaza turbulenta: fluidul care reactioneaza la miscarea corpului? sau corpul care trece prin fluid? sau si una si alta?

Dupa cum am spus ceva mai inainte, turbulenta este data de miscarea diferentiata a unor domenii din fluid caracterizate de aceiasi viteza, dar amestecate datorita ruperii peliculei superficiale a straturilor de fluid. Fluidul in timpul curgerii laminare este ordonat prezentand un gradient de viteza cuprins intre zero (acolo unde este in contat cu peretele conductei sau jgheabului), si viteza maxima V de curgere. Trecerea la miscarea turbulenta se face prin ruperea straturilor de fluid de viteze diferite capatand niste miscari ondulatorii precum pietrele tractate prin apa. Aici nu este vorba de modul cum se comporta fiecare molecula in parte, ci de "vine de curent" adica domenii sau zone distincte de fluid caracterizate pentru un timp de aceiasi viteza, imbracate parca de o pelicula superficiala care le individualizeaza fata de restul mediului. Astfel vinele de curent capata o miscare individualizata, printre celelalte, care apoi se influienteaza reciproc impletindu-se. Prezenta vinelor de curent este pusa in evidenta atunci cand are loc trecerea controlata de la miscarea laminara la cea turbulenta, atunci cand apar niste linii de curent dealungul jgheabului ca niste valurele cu aceiasi geometrie.