Los físicos descubren “turbulencias ocultas” en La noche estrellada de Van Gogh
El cuadro más famoso de Vincent van Gogh es La noche estrellada (1889), creada (junto con varias otras obras maestras) durante la estancia del artista en un asilo en Arles tras su colapso en diciembre de 1888. Donde algunos vieron los remolinos del cielo nocturno representados en noche estrellada Como reflejo de la agitación interna del propio Van Gogh, los físicos suelen ver una representación magistral de la turbulencia atmosférica. Según un nuevo articulo Publicado en la revista Physics of Fluids, la ilusión de movimiento en el cielo azul de Van Gogh también se debe a la escala de las pinceladas, un segundo tipo de «turbulencia oculta» a microescala que se difunde por todo el lienzo.
“Revela una comprensión profunda e intuitiva de los fenómenos naturales”, dijo el coautor Yongxiang Huang de la Universidad de Xiamen en China. «La descripción precisa de la turbulencia que hace Van Gogh puede deberse al estudio del movimiento de las nubes y la atmósfera o a un sentido innato de cómo capturar el dinamismo del cielo».
Como se informó anteriormente, en un Charla TED-Ed 2014Natalya St. Clair, una investigador asociado en el Concord Consortium y coautor de El arte del cálculo mentalusado noche estrellada para iluminar el concepto de turbulencia en un fluido que fluye. En particular, habló de cómo la técnica de Van Gogh le permitió a él (y a otros pintores impresionistas) representar el movimiento de la luz sobre el agua o el centelleo de las estrellas. Vemos esto como un tipo de efecto de parpadeo porque el ojo es más sensible a los cambios en la intensidad de la luz (una propiedad llamada luminancia) que los cambios de color.
En física, la turbulencia se refiere a movimientos fuertes y repentinos en el aire o el agua, generalmente marcados por remolinos y vórtices. Los físicos han luchado durante siglos por describir matemáticamente la turbulencia. Sigue siendo uno de los mayores desafíos que quedan en el campo. Pero un físico ruso llamado Andréi Kolmogorov Hizo avances considerables en la década de 1940 cuando predijo que habría una conexión matemática (ahora conocida como escala de Kolmogorov) entre la forma en que la velocidad de un flujo fluctúa en el tiempo y la velocidad a la que pierde energía en forma de fricción.
Es decir, algunos flujos turbulentos exhiben cascadas de energía, mediante las cuales grandes remolinos transfieren parte de su energía a remolinos más pequeños. Los remolinos más pequeños, a su vez, transfieren parte de su energía a remolinos aún más pequeños, y así sucesivamente, produciendo un patrón autosemejante en muchas escalas de tamaño espacial. Desde entonces, la evidencia experimental ha demostrado que Kolmogorov no estaba tan lejos de su predicción.
En 2019, dos estudiantes de posgrado australianos analizado matemáticamente la pintura y concluyó que comparte las mismas características turbulentas que las nubes moleculares (donde literalmente nacen las estrellas), basándose en una Imagen del Hubble de 2004 de turbulentos remolinos de nubes de polvo que se mueven alrededor de una estrella supergigante. Examinaron fotografías digitales de varias pinturas de Van Gogh y midieron la variación del brillo entre dos píxeles cualesquiera, calculando la probabilidad de que dos píxeles a una distancia determinada tuvieran la misma luminancia. Encontraron evidencia de algo notablemente cercano a la escala de Kolmogorov, no sólo en noche estrelladapero también en otros dos cuadros del mismo período de la vida de van Gogh: Campo de trigo con cuervos y Camino con ciprés y estrella. (ambos pintados en 1890).
Pinceladas a microescala
Yin Xiang Ma
Huang es un científico marino que colaboró con físicos para observar más de cerca los patrones turbulentos que acechan en la obra maestra de Van Gogh. Se centraron en estudiar las escalas espaciales de los 14 vórtices giratorios primarios de la pintura, utilizando el brillo relativo de los colores de la pintura como análogo de la energía cinética. Específicamente, midieron con precisión el tamaño típico de la pincelada y luego compararon estas escalas con lo que predice la dinámica de fluidos.
Sus hallazgos confirmaron la conclusión de 2019 de que el cuadro general se alinea estrechamente con la ley de Kolmogorov. El equipo también descubrió que en la microescala, las pinceladas se alinean con un fenómeno diferente conocido como escala de solterolleva el nombre del matemático australiano George Batchelorque se especializó en dinámica de fluidos. Es similar a la ley de Kolmogorov, excepto que en lugar de describir las escalas más pequeñas de turbulencia antes de que la viscosidad se vuelva dominante en un sistema, la escala de Batchelor describe las escalas más pequeñas de fluctuaciones antes de que la difusión se vuelva dominante. Según los autores, es muy raro encontrar estos dos tipos de escalas en un sistema atmosférico.
Esta es una prueba más de que Van Gogh tenía un sentido intuitivo de la turbulencia extremadamente afinado, y lo capturó maravillosamente en noche estrellada. También puede haber implicaciones para la dinámica de fluidos. “Se cree que la turbulencia es una de las propiedades intrínsecas de los altos flujos de Reynolds dominados por la inercia, pero recientemente se han informado fenómenos similares a la turbulencia para diferentes tipos de sistemas de flujo en una amplia gama de escalas espaciales, con números de Reynolds bajos donde la viscosidad. es más dominante”, Huang dijo. «Parece que es hora de proponer una nueva definición de turbulencia para cubrir más situaciones».
Física de Fluidos, 2024. DOI: 10.1063/5.0213627 (Acerca de los DOI).
