La magia del flusso laminare

mercoledì, 8 luglio, 2009 18:48

Flusso turbolento e laminare a confronto (credit: cheng.cam.ac.uk)

Flusso turbolento e laminare a confronto (credit: cheng.cam.ac.uk)

Tra i fenomeni più interessanti che interessano la fluidodinamica, ovvero lo studio del comportamento dei fluidi in movimento, si distingue sicuramente il flusso laminare. Tale fenomeno consente infatti di effettuare un esperimento particolarmente curioso e quasi magico per i profani.

Per realizzarlo è sufficiente inserire un cilindro trasparente  all’interno di un altro cilindro con un diametro di qualche millimetro superiore, collocare un liquido viscoso nell’intercapedine tra i due contenitori e infine iniettare alcune gocce di liquido con colorazioni differenti.

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Facendo ruotare in senso orario il cilindro più interno (come nel filmato qui sopra), si provoca uno spostamento del liquido viscoso e a sua volta delle gocce colorate. Facendo successivamente ruotare il contenitore interno in senso antiorario, le gocce tornano nella loro posizione originale senza mescolarsi. Ma come è possibile?

Il segreto risiede naturalmente nella modalità in cui avviene il moto del fluido. A livello infinitesimale, gli strati del liquido viscoso scorrono gli uni sugli altri senza portare al rimescolamento del fluido. Tale processo avviene anche su scala microscopica e assume appunto il nome di flusso laminare.

Banalizzando molto, possiamo dire che le gocce di liquido colorato scorrono le une sulle altre su una grande quantità di minuscoli strati che – grazie alla viscosità del fluido nelle quali sono immerse e alla loro bassa velocità – non si incontrano mai.

Se però la velocità aumenta, dopo pochi istanti gli strati infinitesimali risultano perturbati nel loro moto e finiscono per mescolarsi assieme a tal punto da non essere più distinguibili e spesso separabili. In questo caso si è dunque in presenza di un regime turbolento e non laminare.

Dannose per la salute e da evitare, le sigarette si rivelano utili per comprendere ancora meglio la differenza tra flusso laminare e flusso turbolento. In assenza di vento, il fumo di una sigaretta poggiata su un posacenere fuoriesce inizialmente molto compatto e concentrato e non si mescola dunque con l’aria circostante, dando quindi vita a un flusso laminare. Man mano che si allontana dalla sigaretta il suo moto viene però perturbato, la concentrazione di fumo diminuisce e dunque si verificano le prime instabilità del regime di transizione che porta poi rapidamente il fumo a mescolarsi con l’aria e a disperdersi sotto un regime turbolento.

I flussi laminari sono impegnati anche in attività più edificanti e salutari del fumo, come la magia del volo…

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