Kosken kuohut ja ilmakuopat noudattavat samoja lainalaisuuksia

SH, 24.2.2009

Turbulenssi on arkielämästä tuttu ilmiö niin kosken virtauksen pyörteinä ja kuohuina kuin lentokoneita ravisuttavina ilmavirtauksinakin. Turbulenssi näyttää noudattavan samoja lainalaisuuksia, oli kyseessä sitten ilman, veden tai öljyn virtaus.

Akatemiaprofessori Antti Kupiainen esitteli tiistaina Suomen Akatemian tiedeaamiaisella uusia tutkimustuloksia siitä, miten turbulenssia on opittu ymmärtämään matemaattisesti. Turbulenssi liittyy muun muassa siihen, miten saasteet leviävät ilmassa ja vesistöissä.

- Turbulenssi on neste- ja ilmavirtausten monimutkaista käyttäytymistä. Arjessa pyörteiden synnyn havaitsee esimerkiksi kahvia kupissa sekoittaessaan tai kosken kuohuissa. Näiden ilmiöiden taustalla olevat yhtälöt tunnetaan, mutta ei tiedetä miten turbulenssin ominaisuuksia voisi niistä johtaa.

Kupiaisen mukaan ilmiöt ovat kaoottisia, joten käytännössä ilmavirtauksien yksityiskohtia on lähes mahdotonta ennustaa. Niillä on kuitenkin tilastollisia säännönmukaisuuksia, joiden selittäminen nestemekaniikan yhtälöistä käsin on yksi merkittävimpiä avoimia ongelmia niin matematiikassa kuin fysiikassakin.

Luonnonilmiöissä symmetria harvoin silmin nähtävää

Turbulenssin tutkimus on yhteydessä myös uuteen matematiikan haaraan, satunnaiseen geometriaan. Professori Eero Saksman sanoo, että satunnaisen geometrian avulla voi tarkastella sellaisia ilmiöitä, jotka näyttävät toistuvan erilaisina, kuten monia luonnonilmiöitä.

- Matematiikan historiassa geometria on keskittynyt symmetristen, platonisten rakenteiden tutkimiseen. Useissa luonnon geometrioissa symmetria ei ole paljain silmin nähtävää vaan tilastollista, kuten turbulenssissa. Tällaiset ilmiöt ovat olleet osittain motivaationa satunnaisgeometrian synnylle.

Kerro kaverille

Tiede

Tulosta