Estamos entrando de lleno en el periodo estival: se vacían las oficinas y se llenan los aeropuertos en busca de un destino paradisíaco en el que disfrutar de las vacaciones. Y es entonces cuando los aviones, el transporte más cómodo y seguro para unos, se convierte en una auténtica pesadilla para otros, ¿el motivo? Las turbulencias. Pero, ¿cómo se forman exactamente estos fenómenos atmosféricos?
Un equipo del Departamento de Física de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), liderado por los profesores Àlvar Meseguer y Fernando Mellibovsky, ha calculado con precisión los mecanismos que explican la transición de un flujo ordenado —puede ser aire o agua, por ejemplo— a un flujo turbulento. Demostrando así que esta transición no es aleatoria, sino que sigue una ley matemática.
La transición del orden al caos
La transición del orden al caos es uno de los problemas más complejos de la física clásica. Aunque la turbulencia está presente en numerosas situaciones cotidianas –cuando el fuerte viento que rodea el fuselaje de un avión se vuelve errático y violento, o en la circulación de la sangre en las arterias–, los mecanismos que la generan todavía no se conocen del todo.
El estudio, publicado en la revista Journal of Fluid Mechanics, determina que los fluidos se mantienen en orden cuando sus condiciones —la velocidad, por ejemplo— son estables y constantes. Cuando se modifican las condiciones, los fluidos empiezan a oscilar de forma periódica: a medida que aumenta la velocidad, el periodo de oscilación se duplica, cuadriplica, y así sucesivamente hasta que se produce un desdoblamiento que conduce a la transición al caos, es decir, a la turbulencia: el momento en que recibimos la indicación de abrocharnos los cinturones.
Esto demuestra, por vez primera y con precisión numérica sin precedentes, en el ámbito de la dinámica de fluidos, que este mecanismo también rige la formación de la turbulencia en fluidos en rotación estable. Esto implica que, aunque un flujo parezca estable, puede convertirse en turbulento si se producen perturbaciones significativas.
Desarrollado un modelo matemático que permite predecir turbulencias
Pero, para suerte de muchos, el equipo investigador ha desarrollado también un modelo matemático que permite predecir con más precisión en qué momento se producirá la transición de la calma al caos. Esto permitirá en el futuro abrir nuevas vías de investigación para el desarrollo de tecnologías que faciliten una mejor gestión y previsión de las turbulencias.
Además, más allá del impacto que tienen estos fenómenos en los pasajeros de los aviones, determinar las causas por las que el movimiento de un fluido en rotación se vuelve turbulento e impredecible es de vital importancia en ingeniería aeronáutica, en meteorología, o en medicina: para entender la dinámica de la sangre dentro de las arterias o tratar patologías asociadas a alteraciones del ritmo cardíaco.