Em um fluido em rotação, a “quantidade de rotação” não é distribuída uniformemente: ela se concentra ao longo de linhas finas chamadas vórtices (ou vórtices). Estas estruturas, que encontramos em tornados, rastros de aviões ou certos fluidos quânticos, não são rígidas.
A previsão de Lord Kelvin
Já no final do século XIX, Lord Kelvin previu que eles poderiam suportar ondas que se propagassem ao longo do seu eixo. Mas, na prática, estas “ondas Kelvin” continuam difíceis de observar de forma controlada. Uma equipa do Laboratório de Matérias e Sistemas Complexos (CNRS – Universidade Paris-Cité) e do Laboratório de Física da ENS conseguiu remover este obstáculo experimental.
Os três físicos detalharam seu trabalho em artigo no site Pesquisar.
Esses físicos projetaram um dispositivo capaz de estabilizar um vórtice de aproximadamente quarenta centímetros de altura, forçando a água a girar em torno de um orifício central. O coração do vórtice, ocupado por uma fina coluna de ar, serve como marcador óptico, o que permite acompanhar com precisão suas deformações. Ao excitar levemente a superfície do fluido usando um anel vibratório localizado no fundo do tanque, a equipe desencadeia ondas que se propagam ao longo do vórtice.
Comportamento de tornado
Dois tipos de modos são identificados: um move o eixo do vórtice em uma hélice, o outro deforma seu núcleo sem mover o eixo. Além da demonstração experimental, esses resultados têm um escopo mais amplo.
Na verdade, as ondas Kelvin supostamente desempenham um papel central no transporte de energia dentro dos superfluidos, mas a sua observação permanece muito limitada. Os experimentos realizados aqui fornecem um análogo clássico para testar esses mecanismos. Eles também poderiam esclarecer certos comportamentos intermitentes de tornados ou a dinâmica de vórtices em esteiras de aviões.