Vórtice

Un vórtex (plural: vórtices) ou vórtice^[1] é un fluxo xiratorio, onde as liñas de corrente teñen un patrón circular ou espiral. Son movementos ao redor dun eixo central ou centro de rotación. Este fenómeno pode ocorrer en calquera fluído, incluíndo líquidos, gases e plasma.

Visualización con datos de satélite do vórtice polar, decembro de 2020 e xaneiro de 2021.

Atópanse nos lugares máis diversos da natureza, como correntes circulares de auga procedentes de mareas conflitivas, como cando se remexe unha cunca de café, unha illa no medio do océano, furacáns, tornados ou efectos de punta das ás.

Por analoxía, en medicina e veterinaria o termo "vórtex" tamén se refire a formacións anatómicas espirais.^[2]

Formación

Vórtice de Von Kármán formado detrás dunha palliña para beber. Envorcouse leite na auga para visibilizar a corrente.

Os vórtices poden formarse de varias maneiras, como por exemplo debido a diferenzas na densidade ou temperatura do fluído, movementos no fluído (como a auga que flúe por un desaugadoiro), ou forzas externas que perturban o fluído; pode xurdir tamén debido á diferenza de presión en dúas rexións veciñas. Cando isto ocorre, o fluído tende a equilibrar o sistema e flúe cara a esta rexión, cambiando eventualmente a dirección orixinal do fluxo e, polo tanto, xerando vorticidade.

Animación que representa os patróns de fluxo bidimensionais detrás dun obstáculo redondeado, coñecido como vórtice de rúa de Von Kármán.

Nos estudos atmosféricos, a vorticidade é unha propiedade que caracteriza a rotacionalidade a gran escala das masas de aire. Se a circulación atmosférica é aproximadamente horizontal, a vorticidade é aproximadamente vertical.

Vórtice formándose no interior dunha botella de auga mentres se drena.

O sentido de xiro que dun vórtice, xa sexa no sentido horario ou antihorario, pode ser influenciado pola forza inicial que o provocou, pero tamén por outros factores como a configuración do recipiente onde se forma o vórtice ou as características da contorna. En condicións naturais e a escala adecuada, a forza de Coriolis, unha consecuencia darotación do planeta, inflúe nos vórtices. Esta forza fai que os vórtices naturais xiren en sentido horario no hemisferio norte e antihorario no hemisferio sur. Porén, en escalas pequenas e tarefas cotiás como a drenaxe de auga en pías ou bañeiras, o efecto da forza de Coriolis é insignificante, e outros factores como a construción do recipiente e as correntes iniciais na auga teñen moito máis impacto sobre a dirección do seu fluxo.^[3][4]

Sistema de baixas presións sobre Islandia.

Tipos de vórtices

Tecnicamente, un vórtice pode ser calquera fluxo circular ou rotacional que teña vorticidade. A vorticidade é un concepto matemático usado na dinámica de fluídos. Pódese entender como a cantidade de circulación ou rotación dun fluído por unidade de área dun punto no campo de fluxo.

Debuxo de vórtices nunha turbulencia, por Leonardo da Vinci en 1513.

• Vórtices de escorrentía: Fórmanse cando a auga flúe rapidamente sobre unha superficie e, ao atopar un obstáculo, crea unha espiral descendente.
• Vórtices atmosféricos: Como os tornados ou os ciclóns, que son sistemas de baixa presión atmosférica con ar xirando poderosamente ao redor dun centro.

Exemplos

• Tornados: Un dos máis poderosos tipos de vórtices atmosféricos, capaces de causar destrución extensiva.
• Remuíños: Vórtices que se forman na superficie dun líquido.

Aplicacións

Representación de vórtices arredor dun coche.

O estudo dos vórtices teñen importantes implicacións e aplicacións en diversos campos como a meteoroloxía, enxeñaría aeroespacial, hidráulica etc. A investigación dos vórtices é importante para entender os patróns de fluído e mellorar os deseños de diversas tecnoloxías, como turbinas eólicas e hélices.

Os efectos dos vórtices da punta das ás é moi estudado pola industria aeronáutica, xa que a súa xeración aumenta a resistencia do avión. Este efecto chámase arrastre inducido e vese minimizado pola presenza de deformacións e aletas, que dificultan o desprazamento do ar.