Pesquisadores da Universidade de Pittsburgh, nos Estados Unidos, conseguiram alterar a direção do fluxo de energia em sistemas turbulentos, desafiando uma teoria fundamental que perdurava há mais de oito décadas. A descoberta, publicada na revista Science Advances, pode transformar desde a dispersão de poluentes no oceano até a modelagem climática.
A regra, estabelecida por Andrey Kolmogorov em 1941, afirmava que em fluxos tridimensionais, como os de grandes corpos d’água, a energia sempre se move das estruturas maiores para as menores. Já em fluxos bidimensionais, como finas camadas líquidas, o caminho se invertia — das menores para as maiores —, mas ninguém havia conseguido manipular ativamente essa trajetória.
O físico Lei Fang, professor assistente no Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Swanson School of Engineering, liderou a equipe que incluiu o doutorando Xinyu Si e os colaboradores italianos Filippo De Lillo e Guido Boffetta, da Universidade de Turim. Eles recriaram o processo de transferência de energia como um sistema mecânico baseado nas equações de Navier-Stokes, usando tensores — objetos matemáticos que descrevem tensão e deformação — para mostrar que o alinhamento geométrico dessas grandezas pode redefinir o sentido do fluxo.
Em laboratório, os cientistas geraram um escoamento bidimensional com uma fina camada de água submetida a forças eletromagnéticas e perturbações de um conjunto de hastes. Partículas traçadoras suspensas revelaram que, sob determinadas condições de alinhamento, a energia turbulenta podia ser redirecionada no sentido oposto ao esperado, tanto em simulações computacionais quanto nos experimentos físicos.
Segundo o ScienceDaily, a capacidade de influenciar o fluxo energético da turbulência abre caminho para aplicações práticas expressivas. Barreiras físicas de apenas alguns metros poderiam, por exemplo, perturbar barreiras de transporte oceânicas que se estendem por quilômetros, controlando a dispersão de poluentes ou a dinâmica costeira.
Na medicina, a descoberta interessa aos sistemas de microfluídica, canais menores que um milímetro onde a mistura de líquidos é difícil pela falta de turbulência. Ao alinhar forças e deslocamentos, seria possível gerar uma turbulência de baixo número de Reynolds, acelerando a homogeneização de medicamentos ou reagentes em dispositivos miniaturizados.
Para a ciência do clima, as implicações são igualmente promissoras. Conforme as mudanças climáticas alteram os ventos e as correntes oceânicas, as tensões que agem sobre esses sistemas podem modificar a direção do fluxo de energia turbulenta — e entender essas forças permitiria construir modelos climáticos mais precisos e confiáveis.
Fang ressalta que, embora ainda sejam necessários mais estudos, o trabalho demonstra que uma das suposições mais consolidadas da física dos fluidos é mais flexível do que se acreditava. Em vez de trilhar rotas fixas, a energia turbulenta pode ser guiada e redirecionada sob as condições certas, abrindo um novo capítulo na engenharia e na ciência planetária.