Che cos'è la velocimetria delle immagini di particelle?
La velocimetria delle immagini di particelle (PIV) è un metodo comunemente usato per visualizzare il flusso di particelle in un fluido. Il PIV è spesso implementato per scopi di ricerca o didattici e consente a uno scienziato di misurare la velocità e il movimento di fluidi come l'acqua. Esistono diversi approcci alla velocimetria dell'immagine delle particelle e la tecnica continua a migliorare man mano che vengono sviluppate nuove tecnologie.
Per visualizzare il movimento di un fluido, nel flusso vengono introdotte particelle molto piccole chiamate "traccianti". A causa delle loro piccole dimensioni, queste particelle di tracciante si comportano in modo quasi identico al fluido studiato. I traccianti utilizzati in PIV possono essere illuminati dallo scienziato, il che li rende facilmente visibili. La velocimetria delle immagini di particelle spesso utilizza software per registrare e migliorare i traccianti visibili.
È possibile utilizzare alcune particelle di tracciante diverse; piccole perle di vetro, scaglie di alluminio e goccioline d'olio sono tre materiali comuni che possono essere implementati per questo scopo. Questi traccianti riflettono molto bene la luce e aumentano la visibilità di un fluido. I riflessi di luce possono essere studiati ad occhio nudo o catturati da una telecamera per l'analisi. Mentre qualsiasi fonte di luce può essere sufficiente per PIV, in genere viene utilizzato un laser quando la precisione è importante.
La fotografia cinematografica è stata il metodo principale per registrare i movimenti di particelle quando il PIV è stato sviluppato per la prima volta, sebbene l'invenzione di fotocamere digitali economiche abbia reso obsoleto l'approccio analogico. Le immagini di particelle digitali ad alta risoluzione sono ora all'ordine del giorno. Alcuni programmi per computer sono in grado di riconoscere e tracciare automaticamente ogni tracciante in un'immagine PIV e fornire dati in tempo reale sul movimento di un fluido.
La velocimetria standard dell'immagine delle particelle registra il movimento di un fluido in due dimensioni. Alcune varianti di PIV migliorano questa capacità e consentono la visualizzazione tridimensionale. Questo approccio utilizza due telecamere anziché una ed è spesso chiamato PIV stereoscopico . Utilizzando uno speciale software per computer, i punti di vista di queste due telecamere vengono combinati per creare un nuovo punto di vista.
La velocimetria delle immagini di particelle ha molte applicazioni. È comunemente usato nel campo dell'ingegneria aerospaziale e consente agli scienziati di vedere il flusso d'aria sopra l'ala di un aereo o altra superficie di controllo. PIV è anche usato nella comunità sanitaria. Lo studio del movimento dei fluidi all'interno del corpo aiuta i medici a visualizzare la circolazione sanguigna e sviluppare nuovi impianti medici. Inoltre, i biologi a volte usano anche la velocimetria dell'immagine delle particelle per studiare il movimento di nuoto dei pesci o di altre creature marine.