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En mecánica continua , la turbulencia de ondas es un conjunto de ondas no lineales desviadas lejos del equilibrio térmico . Este estado suele ir acompañado de disipación . O es una turbulencia en descomposición o requiere una fuente externa de energía para sostenerla. Algunos ejemplos son ondas en la superficie de un fluido excitadas por vientos o barcos , y ondas en plasma excitadas por ondas electromagnéticas, etc.

Apariencia [ editar ]

Las fuentes externas por algún mecanismo resonante generalmente excitan ondas con frecuencias y longitudes de onda en algún intervalo estrecho. Por ejemplo, agitar un recipiente con frecuencia ω excita ondas superficiales con frecuencia ω / 2 ( resonancia paramétrica , descubierta por Michael Faraday ). Cuando las amplitudes de onda son pequeñas, lo que generalmente significa que la onda está lejos de romperse , solo existen aquellas ondas que son directamente excitadas por una fuente externa.

Sin embargo, cuando las amplitudes de onda no son muy pequeñas (para ondas superficiales: cuando la superficie del fluido está inclinada más de unos pocos grados), las ondas con diferentes frecuencias comienzan a interactuar . Eso conduce a una excitación de ondas con frecuencias y longitudes de onda en amplios intervalos, no necesariamente en resonancia con una fuente externa. En experimentos con grandes amplitudes de vibración, inicialmente se observan ondas que están en resonancia entre sí. A partir de entonces, aparecen ondas más largas y más cortas como resultado de la interacción de las ondas. La aparición de ondas más cortas se conoce como cascada directa, mientras que las ondas más largas son parte de una cascada inversa de turbulencia de ondas.

Turbulencia de onda estadística y turbulencia de onda discreta [ editar ]

Deben distinguirse dos tipos genéricos de turbulencia de onda: turbulencia de onda estadística (SWT) y turbulencia de onda discreta (DWT).

En la teoría SWT se omiten las resonancias exactas y las cuasi-resonancias , lo que permite utilizar algunos supuestos estadísticos y describir el sistema de ondas mediante ecuaciones cinéticas y sus soluciones estacionarias, el enfoque desarrollado por Vladimir E. Zakharov . Estas soluciones se denominan espectros de energía de Kolmogorov –Zakharov (KZ) y tienen la forma k −α , siendo k el número de onda y α una constante positiva dependiendo del sistema de onda específico. [1] La forma de los espectros KZ no dependesobre los detalles de la distribución de energía inicial sobre el campo de ondas o sobre la magnitud inicial de la energía completa en un sistema de ondas turbulentas. Sólo es importante el hecho de que la energía se conserve en algún intervalo de inercia.

El tema de DWT, introducido por primera vez en Kartashova (2006) , son exactos y cuasi-resonancias. Antes del modelo de dos capas de turbulencia de olas, la contraparte estándar de SWT eran los sistemas de baja dimensión caracterizados por una pequeña cantidad de modos incluidos . Sin embargo, DWT se caracteriza por el agrupamiento de resonancia , [2] y no por el número de modos en grupos de resonancia particulares, que pueden ser bastante grandes. Como resultado, mientras que SWT se describe completamente mediante métodos estadísticos, en DWT se tienen en cuenta tanto la dinámica integrable como la caótica. El diagrama NR correspondiente ( diagrama de resonancia no lineal ) proporciona una representación gráfica de un grupo resonante de componentes de onda . [3]

En algunos sistemas de ondas turbulentas se observan simultáneamente capas de turbulencia tanto discretas como estadísticas ; este régimen de ondas turbulentas se ha descrito en Zakharov et al. (2005) y se denomina mesoscópico . En consecuencia, se pueden distinguir tres regímenes turbulentos de ondas: cinético, discreto y mesoscópico descrito por espectros KZ, agrupamiento de resonancia y su coexistencia correspondiente. [4] El comportamiento energético del régimen turbulento de ondas cinéticas generalmente se describe mediante diagramas de tipo Feynman (es decir , diagramas de Wyld ), mientras que los diagramas NR son adecuados para representar grupos de resonancia finitos en régimen discreto y cascadas de energía en regímenes mesoscópicos.

Notas [ editar ]

  1. ^ Zakharov, VE ; Lvov, VS; Falkovich, GE (1992). Kolmogorov Spectra of Turbulence I - Wave Turbulence . Berlín: Springer-Verlag . ISBN 3-540-54533-6.
  2. ^ Kartashova (2007)
  3. ↑ Kartashova (2009)
  4. ^ Kartashova, E. (2010). Análisis de resonancia no lineal . Prensa de la Universidad de Cambridge . ISBN 978-0-521-76360-8.

Referencias [ editar ]

  • Zakharov, VE ; Lvov, VS; Falkovich, GE (1992). Kolmogorov Spectra of Turbulence I - Wave Turbulence . Berlín: Springer-Verlag . ISBN 3-540-54533-6.
  • Nazarenko, Sergey (2011). Ola de turbulencia . Springer-Verlag . ISBN 978-3642159411.
  • Kartashova, E. (2006). "Un modelo de turbulencia laminada". Cartas JETP . 83 (7): 283–287. arXiv : física / 0512014 . Código bibliográfico : 2006JETPL..83..283K . doi : 10.1134 / S0021364006070058 . S2CID  15630550 .
  • Kartashova, E. (2007). "Exactas y cuasi-resonancias en turbulencias de ondas de agua discretas". Cartas de revisión física . 98 (21): 214502 (4 págs.). arXiv : matemáticas-ph / 0701077 . Código Bibliográfico : 2007PhRvL..98u4502K . doi : 10.1103 / PhysRevLett.98.214502 . PMID  17677779 . S2CID  12248807 .
  • Zakharov, VE ; Korotkevich, AO; Pushkarev, AN; Dyachenko, AI (2005). "Turbulencia de ondas mesoscópicas". Cartas JETP . 82 (8): 487–491. arXiv : física / 0508155 . Código Bibliográfico : 2005physics ... 8155Z . doi : 10.1134 / 1.2150867 . S2CID  119002924 .
  • Kartashova, E. (2009). "Turbulencia de onda discreta". EPL . 87 (4): 44001 (5 págs.). arXiv : 0907.4406 . Código Bibliográfico : 2009EL ..... 8744001K . doi : 10.1209 / 0295-5075 / 87/44001 . S2CID  18241042 .

Lectura adicional [ editar ]

  • Newell, AC ; Rumpf, B. (2011). "Ola de turbulencia". Revisión anual de mecánica de fluidos . 43 (1): 59–78. Código Bibliográfico : 2011AnRFM..43 ... 59N . doi : 10.1146 / annurev-fluid-122109-160807 .