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Fluiddynamik: Geheimnisvolle Turbulenz

Ob Wirbelstürme, der Blutfluss in Arterien oder Wasserfälle: Wir sind von Turbulenzen umgeben. Und dennoch sind Forscher noch weit davon entfernt, das rätselhafte Phänomen zu verstehen. Jetzt könnte ein neues Laborverfahren den Durchbruch bringen.
Tornado-Superzelle in den USA

Es ist Zeit, den Blob zu füttern. Schäumend und ge­fräßig saugt er alle paar Sekunden acht tellergroße Portionen auf. Was wir hier als Blob bezeichnen, ist ein stabiler turbulenter Fleck in einem riesigen Wassertank im Labor des Physikers William Irvine von der University of Chicago.

Anders als alle bisher beobachteten Turbulenzen ist es keine diffus umherwirbelnde Strömung, die sich mit der Zeit vergrößert oder verkleinert. Stattdessen gleicht der Blob einer in sich geschlossenen, brodelnden Kugel, die das Wasser um sich herum unbewegt lässt. Um das unge­wöhnliche Phänomen zu erzeugen und insbesondere aufrechtzuerhalten, müssen Irvine und sein Doktorand Takumi Matsuzawa es immer wieder mit acht ringförmigen Wirbeln, dem flüssigen Gegenstück zu Rauchringen, beschießen. »So bauen wir die Turbulenz Stück für Stück auf«, erklärt Matsuzawa.

Weil die beiden Forscher die ringförmigen Wirbel sehr genau kontrollieren, können sie die daraus entstehende Turbulenz aus nächster Nähe untersuchen. Der Blob könnte damit Einblicke in eine chaotische Welt geben, denen Physiker seit mehr als zwei Jahrhunderten nachjagen …

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  • Quellen

Irvine, W. T. M. et al.: Complete measurement of helicity and its dynamics in vortex tubes. Science 357, 2017

Irvine, W. T. M. et al.: Starting flow past an airfoil and its acquired lift in a superfluid. Physical Review Letters 123, 2019

Irvine, W. T. M. et al.: Tunable band topology in gyroscopic lattices. Physical Review B 98, 2019

Scheeler, M. W. et al.: Complete measurement of helicity and its dynamics in vortex tubes. Science 357, 2017

Vitelli, V. et al.: Odd elasticity. Nature Physics 16, 2020