Físicos da Escola Central de Lyon descreveram o movimento turbulento de partículas em um fluido incompressível e o compararam com os movimentos de jogadores de futebol.
Muitos processos físicos microscópicos são refletidos no macrocosmo. Por exemplo, usando simulações de movimento de partículas, os cientistas estudam a dinâmica de grandes grupos de pessoas em um espaço confinado. Assim, a geometria da passagem é capaz de modular o comportamento da multidão: o ângulo de inclinação das paredes pode diminuir ou aumentar a pressão e, por consequência, o risco de lesões. O estado de turbulência continua sendo o menos estudado, no qual ocorrem oscilações caóticas de diversos parâmetros físicos no meio. Devido a mudanças aleatórias (densidade, pressão, temperatura), a modelagem de tais fenômenos é limitada. No entanto, é necessário para a física teórica e hidrodinâmica.
Os autores do novo trabalho estudaram o movimento turbulento de partículas em um fluido incompressível - tal modelo pressupõe a conservação da densidade do meio quando a pressão muda. As observações mostraram que, neste caso, o ângulo médio de deflexão das partículas depende do atraso: em pequenos segmentos, seu movimento parece ser linear. Mas em escalas de tempo maiores, a mudança de direção é caótica. Em particular, com distância suficiente dos limites, o ângulo de deflexão médio das partículas era de 90 graus. O confinamento das partículas em um espaço retangular permitiu que o índice fosse aumentado em até 120 graus. A conexão entre o efeito e a geometria foi confirmada pela simulação de Monte Carlo.
Para testar ainda mais a hipótese, os pesquisadores realizaram um experimento com jogadores de futebol. Como parte dos testes, que aconteceram em um estádio (campo retangular) de Nuremberg, os atletas foram colocados em sensores de rastreamento nos pés, que transmitiam as informações para um sistema especial. A informação foi recolhida durante um jogo de treino entre duas equipas, numa amostra de 16 pessoas. De acordo com a análise dos dados obtidos, apesar da significância dos movimentos e da presença de táticas, ao longo de um longo intervalo de tempo os jogadores repetiram a dinâmica das partículas: o seu ângulo de deflexão médio também foi de 120 graus. Em uma escala de tempo menor, a tendência não apareceu.
Como no caso das partículas, as trajetórias dos atletas mais frequentemente incluíam o ângulo médio de deflexão conforme eles se moviam ao longo do limite mais longo do espaço. De acordo com o co-autor Wouter Bos, a partida foi inesperada. “Esperávamos alguma semelhança, mas os resultados superaram as expectativas”, disse o cientista. Ele também acrescentou que o estudo complementa os dados existentes sobre a dinâmica das partículas em turbulência. “A turbulência é um problema importante em muitas aplicações industriais. Em quase qualquer ambiente que envolva movimento no ar ou na água, há perda de energia devido à turbulência”, disse Bose.
Os detalhes do trabalho são apresentados na revista Physical Review Fluids.
Anteriormente, os biofísicos usavam modelagem semelhante: assim, eles estudaram táticas de caça conjunta no espaço bidimensional e tridimensional.