A turbulência está presente em fenômenos que vão das correntes oceânicas aos ventos da atmosfera e está entre os processos mais complexos estudados pela física. Há mais de 80 anos, cientistas acreditam que a energia nesses sistemas segue trajetórias bem definidas. Mas, uma pesquisa da Universidade de Pittsburgh sugere que essa regra pode não ser tão rígida quanto se imaginava.

O estudo, publicado na revista científica Science Advances, mostrou que é possível alterar a direção do fluxo de energia turbulenta. A descoberta desafia um princípio estabelecido desde os trabalhos do matemático russo Andrey Kolmogorov, publicados em 1941, e pode abrir novas perspectivas para pesquisas sobre oceanos, clima e dinâmica dos fluidos.

A pesquisa foi conduzida por cientistas da Universidade de Pittsburgh, nos Estados Unidos, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Turim, na Itália.

Teoria da turbulência previa caminhos definidos para a energia

Desde a formulação da teoria moderna da turbulência, os cientistas acreditam que a energia segue direções específicas dependendo do tipo de fluxo. Em sistemas tridimensionais, como os encontrados nos oceanos, rios e na atmosfera, a energia se desloca de estruturas maiores para estruturas menores até ser dissipada.

Já nos fluxos bidimensionais, observados em camadas muito finas de fluidos, ocorre o processo inverso: a energia passa de estruturas menores para maiores.

Essa diferença é considerada um dos fundamentos da física da turbulência e serve de base para diversos estudos sobre o comportamento de fluidos.

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Pesquisadores conseguiram alterar a direção do fluxo de energia

Para investigar se esse comportamento poderia ser modificado, a equipe reformulou o problema a partir das equações de Navier-Stokes, utilizadas para descrever o movimento de líquidos e gases.

A análise foi baseada em tensores, estruturas matemáticas usadas para representar propriedades físicas como tensão e deformação. Segundo os pesquisadores, a forma como esses elementos se alinham dentro do fluxo desempenha um papel decisivo na transferência de energia.

Os resultados mostraram que, sob determinadas condições, é possível gerar tanto fluxos diretos quanto inversos. Em outras palavras, a energia pode seguir caminhos diferentes daqueles tradicionalmente previstos pela teoria.

De acordo com os autores da pesquisa, a descoberta indica que a direção do fluxo energético não é necessariamente fixa e pode ser alterada por meio do alinhamento adequado dessas estruturas matemáticas.

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Experimentos confirmaram as previsões da teoria

Para testar a hipótese, os pesquisadores realizaram experimentos em laboratório utilizando uma fina camada de água submetida a forças eletromagnéticas.

O sistema foi projetado para gerar um fluxo bidimensional, enquanto partículas traçadoras permitiram acompanhar o movimento do fluido em tempo real. Os resultados observados coincidiram com as simulações computacionais desenvolvidas pela equipe.

Segundo o estudo, essa concordância reforçou as previsões do modelo e demonstrou que o fenômeno pode ser reproduzido experimentalmente.

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Descoberta pode impactar estudos sobre oceanos, clima e medicina

Os autores afirmam que a capacidade de influenciar o fluxo de energia turbulenta poderá ter aplicações em diferentes áreas. Uma das possibilidades envolve a dispersão de poluentes e águas residuais em regiões costeiras.

Segundo os pesquisadores, pequenas barreiras físicas poderiam interferir nos limites de transporte oceânico que se estendem por grandes distâncias.

A descoberta também pode ser relevante para sistemas microfluídicos utilizados em dispositivos médicos e laboratoriais. Nesses ambientes, os fluidos circulam por canais extremamente pequenos e costumam apresentar pouca mistura natural, o que limita a eficiência de alguns processos.

Além disso, embora novos estudos ainda sejam necessários, os pesquisadores apontam que o trabalho poderá contribuir para futuras investigações sobre correntes oceânicas, circulação atmosférica e modelagem climática.