He aquí una forma empírica de hacer una estimación aproximada para una corriente natural.
Lo necesitas:
- una grabadora de audio
- un termómetro
- un objeto flotante
- cinta métrica
- un cronómetro
- software de audio gratuito (como Audacity )
1. En el campo, utilizar el temómetro para medir la temperatura de la corriente.
Utilice el objeto flotante ( es decir, el palo ), cinta métrica y cronómetro para estimar la velocidad del agua: lanza el objeto y mide el tiempo que tarda en recorrer una determinada distancia. Repite esta operación varias veces para obtener un valor típico. Intenta lanzar el flotador en diferentes partes de la corriente para captar parte de la variabilidad.
Puedes corregir la velocidad en la superficie si quieres, pero para mantener las cosas simples no voy a hacerlo aquí.
Haz una grabación de audio a unos metros de la superficie del agua. Es mejor tener una frecuencia de muestreo más alta.
2. Utilice la temperatura medida del agua para estimar la viscosidad dinámica absoluta.
$$ \mu(T) = A \cdot 10^{B/T - C} $$
donde $T$ es la temperatura en Kelvin, $ A = 2.414 \cdot10^{-5} $ , $B = 247.8 $ K, y $ C = 140 $ K.
2. A continuación, utiliza la temperatura medida para calcular la densidad del agua. $$ \rho(T) = e \cdot[1 - \frac{(T + a)^2 \cdot (T + b)}{c \cdot (T + d)}] $$
donde la constante $ a = -4.0 $ C, $ b = 301.8 $ C, $ c = 522528.9 $ C, $ d = 69.3 $ C, $ e = 1000.0 \frac{kg}{m^2} $ .
También se puede corregir la presión atmosférica, pero de nuevo, no voy a hacerlo aquí. Necesitarías un barómetro que te diera esa información.
3. La viscosidad cinemática del agua viene dada por
$$ \nu = \frac{\mu}{\rho} $$
A mitad de camino.
4. Ahora aprovecharemos una de las ideas de Kolmogorov en un sentido práctico.
La microescala de longitud, $ $ representa la longitud típica en la que se disipa la energía turbulenta. La energía acústica es una de las formas en que se disipa la turbulencia, por lo que podemos estimar esta longitud mediante:
$$ \sim \frac{v}{f} $$
Donde $ f $ es la frecuencia dominante en nuestra grabación de audio en $ \frac{1}{s}$ y $ v $ es la velocidad de la corriente en $ \frac{m}{s} $ .
Puede utilizar Audacity para cargar una grabación de audio y, a continuación, utilizar Analyze -> Plot Spectrum para hacerse una idea de dónde está la frecuencia dominante.
Es interesante ver que, en el caso de las corrientes naturales, suele haber una gran dispersión de la energía disipada. El pico inferior es un artefacto del registrador. El segundo pico a 567 Hz es el valor que queremos. ![enter image description here]()
5. Por último, podemos estimar la microescala energética:
$$ = \frac{\nu ^3}{^4} $$
He utilizado este método para un pequeño arroyo alpino y he llegado a un valor de $ = 6 \cdot 10^{-8} \frac{J}{kg} $
