Een team van wetenschappers van het Institute of Mechanics, MSU, toonde aan hoe willekeurige fluctuaties in de rotatiesnelheid en ruis het aantal vortexen in de Couette sferische stroming beïnvloeden. Ze melden dat het geluidsniveau en het stromingsregime een gecompliceerde niet-lineaire correlatie hebben. De nieuwe gegevens zullen bijdragen aan nauwkeurigere modellen van natuurlijke stromen, inclusief atmosferische circulatie. De resultaten van het werk werden gepubliceerd in de Chaos logboek.

Couette sferische stroming is de stroming van vloeistof in een sferische laag veroorzaakt door de rotatie van de randen. In een laboratoriumomgeving, het wordt bestudeerd met behulp van twee transparante bollen:de buitenste is vast en de binnenste roteert met een bepaalde snelheid. Dit model helpt bij het beschrijven van grootschalige bewegingen van de atmosfeer, oceanen, en mantel van de aarde veroorzaakt door de rotatie van de planeet. Al deze natuurlijke processen zijn meestal turbulent. De eerste stap naar turbulentie is het verlies van stabiliteit door een permanente stroming, waardoor vortexen spontaan verschijnen in vloeistoffen of gassen. Maar wat beïnvloedt de stabiliteit en bepaalt het verdere stromingsregime (bijvoorbeeld het aantal vortexen in de stroming)? Door deze vraag te beantwoorden, wetenschappers zullen klimaatveranderingen op aarde beter kunnen voorspellen.

Het regime van de Couette-stroom wordt bepaald door de geschiedenis van zijn ontwikkeling, inclusief de waarde van versnelling waarmee de rotatiesnelheid van de interne bol verandert. Deze waarde bepaalt of er zich drie of vier vortexen in de stroom vormen. Echter, er zijn geen stabiele rotatiesnelheden of versnellingen in natuurlijke processen, en willekeurige variaties komen vrij vaak voor. Een team van wetenschappers van het Institute of Mechanics, MSU, in een nieuw experiment aangetoond hoe het stromingsregime kan worden beïnvloed door willekeurige fluctuaties in de rotatiesnelheid of door geluiden. De onderzoekers versterkten de geluiden met opzet om te zien wat er met de stroom gebeurt. Het aantal vortexen in de vloeistof is zowel met het blote oog (met aluminium stofdeeltjes voor visualisatie) als door meting van de stroomsnelheid met de laser Doppler anemometer bepaald.

De resultaten van de experimenten waren complexer dan de onderzoekers hadden kunnen vermoeden. Willekeurige fluctuaties en vloeistofstroomregimes hebben eigenlijk een correlatie tussen hen, maar het is niet-lineair. Toen de geluiden niet overdreven waren, de stroom vertoonde drie vortexen. Hetzelfde scenario deed zich voor toen er helemaal geen geluiden waren. Volgende, toen de geluidsniveaus hoog waren, de vloeistof leek de invloed van versnelling te "vergeten", en vier vortexen werden gevormd in de stroom. Maar toen de wetenschappers de meest complexe situatie observeerden, waarin de geluidsniveaus gemiddeld waren, ze ontdekten dat het aantal vortexen afhankelijk is van zowel de versnellingswaarde als het geluidsniveau, en deze afhankelijkheid is niet-lineair.

"Het moet nog worden uitgezocht hoe geluiden met gemiddelde amplitude de stroom beïnvloeden, " zegt Dmitry Zhilenko, een co-auteur van het werk, en een senior onderzoeksmedewerker van het Institute of Mechanics. "Dit zal helpen om de invloed van geluiden op de processen in verschillende natuurlijke lichamen te evalueren:pulsars, de atmosfeer van de aarde, en atmosferen van andere planeten. Bijvoorbeeld, sommige studies suggereren dat willekeurige fluctuaties in de instroom van warmte in de atmosfeer van de zon het element van atmosferische circulatie kunnen veranderen:Hadley, Ferrel, en polaire cellen. Deze cellen lijken op ringen met gesloten luchtcirculatielussen, en het klimaat van de hele planeet hangt rechtstreeks af van de atmosferische circulatie erin."