En mecánica continua , la turbulencia ondulatoria es un conjunto de ondas no lineales [ se necesita desambiguación ] desviadas lejos del equilibrio térmico . Un estado así suele ir acompañado de disipación . O es una turbulencia en decadencia o requiere una fuente externa de energía para sostenerla. Algunos ejemplos son las ondas sobre una superficie fluida excitadas por vientos o barcos , y las ondas en plasma excitadas por ondas electromagnéticas , etc.
Las fuentes externas, mediante algún mecanismo resonante, suelen excitar ondas con frecuencias y longitudes de onda en un intervalo estrecho. Por ejemplo, agitar un recipiente con frecuencia ω excita ondas superficiales con frecuencia ω/2 ( resonancia paramétrica , descubierta por Michael Faraday ). Cuando las amplitudes de las ondas son pequeñas –lo que normalmente significa que la onda está lejos de romperse– sólo existen aquellas ondas que son excitadas directamente por una fuente externa.
Sin embargo, cuando las amplitudes de las ondas no son muy pequeñas (para las ondas superficiales: cuando la superficie del fluido está inclinada más de unos pocos grados), comienzan a interactuar ondas con diferentes frecuencias. Esto conduce a una excitación de ondas con frecuencias y longitudes de onda en amplios intervalos, no necesariamente en resonancia con una fuente externa. En experimentos con grandes amplitudes de vibración se observan inicialmente ondas que están en resonancia entre sí. A partir de entonces, aparecen ondas más largas y más cortas como resultado de la interacción de las ondas. La aparición de ondas más cortas se denomina cascada directa, mientras que las ondas más largas forman parte de una cascada inversa de turbulencia de ondas.
Deben distinguirse dos tipos genéricos de turbulencia de ondas: la turbulencia de ondas estadística (SWT) y la turbulencia de ondas discretas (DWT).
En la teoría SWT se omiten las resonancias exactas y cuasirresonancias , lo que permite utilizar algunos supuestos estadísticos y describir el sistema ondulatorio mediante ecuaciones cinéticas y sus soluciones estacionarias: el enfoque desarrollado por Vladimir E. Zakharov . Estas soluciones se denominan espectros de energía de Kolmogorov -Zakharov (KZ) y tienen la forma k −α , donde k es el número de onda y α es una constante positiva que depende del sistema de ondas específico. [1] La forma de los espectros KZ no depende de los detalles de la distribución de energía inicial sobre el campo de olas o de la magnitud inicial de la energía completa en un sistema de olas turbulentas. Sólo es importante el hecho de que la energía se conserve en algún intervalo de inercia.
El tema de DWT, introducido por primera vez en Kartashova (2006), son las resonancias exactas y cuasirresonancias. Antes del modelo de dos capas de turbulencia de ondas, la contraparte estándar de SWT eran sistemas de pequeñas dimensiones caracterizados por un pequeño número de modos incluidos . Sin embargo, DWT se caracteriza por la agrupación de resonancia , [2] y no por el número de modos en grupos de resonancia particulares, que pueden ser bastante grandes. Como resultado, mientras que SWT se describe completamente mediante métodos estadísticos, en DWT se tienen en cuenta tanto la dinámica integrable como la caótica. Una representación gráfica de un grupo resonante de componentes de onda viene dada por el correspondiente diagrama NR ( diagrama de resonancia no lineal ). [3]
En algunos sistemas de ondas turbulentas se observan simultáneamente capas de turbulencia discretas y estadísticas ; este régimen de ondas turbulentas ha sido descrito en Zakharov et al. (2005) y se denomina mesoscópico . En consecuencia, se pueden distinguir tres regímenes de ondas turbulentas: cinético, discreto y mesoscópico descrito por espectros KZ, agrupamiento de resonancia y su correspondiente coexistencia. [4] El comportamiento energético del régimen turbulento de ondas cinéticas generalmente se describe mediante diagramas de tipo Feynman (es decir, diagramas de Wyld ), mientras que los diagramas NR son adecuados para representar grupos de resonancia finitos en regímenes discretos y cascadas de energía en regímenes mesoscópicos.