Mire hacia el océano y podría tener la impresión de que es una masa de agua que actúa como una entidad única. Sin embargo, los océanos del mundo están formados por capas de diferentes densidades, llamadas estratificaciones, con dinámicas de fluidos complejas.llamadas ondas internas en modo 2, se forman en el grosor de estas capas, atrapando materiales dentro que luego se mueven junto con la onda. Por primera vez, dos matemáticos de la Universidad de Waterloo de Canadá han creado una simulación en 3D de las capacidades de transporte masivode ondas de modo 2. Dichos modelos ayudarán a definir cómo las ondas de modo 2 pueden transportar materiales que son beneficiosos como el fitoplancton y otras fuentes de alimentos o perjudiciales como el petróleo crudo y otros contaminantes entre los ecosistemas.
La simulación se describe esta semana en Física de fluidos , de AIP Publishing.
En el análogo físico de su simulación, los investigadores crean una estratificación colocando fluidos de diferentes densidades detrás de una compuerta física. Después de que los fluidos se hayan mezclado un poco, queda una estratificación, que consiste en agua densa debajo de una capa de agua menos densaA veces, una tercera capa delgada de densidad media, conocida como doble pycnocline, queda atrapada entre las otras dos.
"Cuando se mezcla el líquido detrás de la puerta y luego se retira la puerta, el fluido mezclado se colapsa en la estratificación porque es más pesado que la capa superior y más ligero que la inferior", dijo David Deepwell, un estudiante graduado de Waterlooen matemática aplicada. "Agregar tinte al fluido mixto mientras la compuerta está en su lugar simula el material que queremos que las ondas de modo 2 las protuberancias en la pycnocline se forman una vez que se retira la compuerta para transportar. Entonces podemos medirel tamaño de la ola, cuánto tinte queda atrapado dentro de ella y qué tan bien la ola transporta su material capturado ".
Deepwell y su supervisor, el matemático Marek Stastna, descubrieron que cuanto mayor es el bulto, más material transporta la onda interna del modo 2. También descubrieron que pequeñas regiones de turbulencia, llamadas inestabilidades de sotavento, pueden formarse detrás de la ola, yque esto puede hacer que la ola se rompa.
"Creemos que lo que sucede es que un dipolo de vorticidad - dos vórtices juntos y girando en direcciones opuestas - conduce a estas inestabilidades de sotavento, porque obliga a que un poco de fluido pesado pase por encima del fluido más ligero, que es el reverso delcondición que forma la onda interna del modo 2 en primer lugar ", dijo Deepwell.
Deepwell y Stastna también descubrieron un escenario óptimo en el que la onda interna en modo 2 sobrevive y luego transporta el material el mayor tiempo posible, y descubrieron las propiedades de un tipo específico de onda que anteriormente llamaron Pac-Man.
"Cuando se forma [un Pac-Man], el tinte toma la forma del personaje del juego arcade", dijo Deepwell.
Después de estudiar el interior de la onda interna del modo 2, los investigadores verán a continuación cómo se descompone toda la onda.
"Examinaremos cómo se deposita la energía de la onda cuando se destruye", dijo Deepwell.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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