Ученые нашли способ «упорядочить хаос»: как турбулентность рождает структуры

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Взгляните на бурный поток реки, на клубы дыма, поднимающиеся от костра, или на пенящийся след за катером. Все это примеры турбулентности — явления, которое, несмотря на свою повсеместность, до сих пор остается одной из величайших загадок физики.

Автор: Designer

Хаотичное, непредсказуемое движение жидкости или газа, казалось бы, не поддается никаким закономерностям. Однако, группа ученых из Чикагского университета, Эйндховенского технологического университета и Французского национального центра научных исследований сделала удивительное открытие: при определенных условиях из турбулентного хаоса могут спонтанно возникать упорядоченные структуры.

Вихревая дорожка при обтекании цилиндра
Вихревая дорожка при обтекании цилиндра
Автор: {{FPC}} Von Kármán vortex street animation, courtesy Cesareo de La Rosa Siqueira. [http://www.mcef.ep.usp.br/staff/jmeneg/cesareo/Cesareo_HomePage.html] Источник: commons.wikimedia.org

Ключом к этому феномену является «нечетная вязкость» — свойство, которое изменяет характер движения частиц жидкости, не рассеивая при этом энергию. Представьте себе обычную вязкость, как силу трения, которая замедляет движение и превращает его в тепло. Нечетная же вязкость ведет себя иначе: она «закручивает» движение частиц, не отбирая у них энергию.

В своей работе ученые смоделировали поведение жидкости с нечетной вязкостью, заставив все ее частицы вращаться как волчки. Затем, варьируя параметры модели, они обнаружили нечто необычное: при определенных условиях хаотичное вихревое движение сменялось упорядоченными структурами.

«Секрет в том, чтобы создать смешанный каскад, где большие вихри стремятся разделяться, а малые — сливаться», — объясняет Мишель Фрушар, один из авторов исследования. «Если удается добиться правильного баланса, возникают узоры».

Хотя искусственно создать жидкость с нечетной вязкостью довольно сложно, в природе существуют явления, где это свойство может проявляться. Например, подобное поведение демонстрируют электроны или многоатомные газы в магнитном поле. Ученые полагают, что нечетная вязкость может играть роль в формировании структур в солнечной короне и солнечном ветре, а также в атмосферных потоках и плазме.

Открытие возможности «упорядочивания хаоса» в турбулентных потоках имеет огромный потенциал. Понимание механизмов возникновения структур из вихревого движения может помочь нам создать более эффективные самолеты, двигатели и ветряные турбины, а также лучше прогнозировать поведение атмосферы и космической плазмы.

«Мы только в начале пути», — говорит профессор Винченцо Вителли, один из руководителей исследования, — «но меня завораживает идея, что можно взять турбулентное состояние, которое является воплощением хаоса, и использовать его для создания узоров. Это фундаментальное изменение, достигаемое лишь небольшим «подкручиванием» на самом малом масштабе».

Исследование ученых открывает новую главу в изучении турбулентности. Возможно, в будущем мы научимся не только понимать, но и управлять этим загадочным явлением, превращая хаос в источник порядка и эффективности.

1 комментарий

113900642377547072761@google
Название, мягко говоря, странное. Наше существование буквально строится на том, чтобы держать хаос, энтропию, под контролем. К самой статье вопросов не имею.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Форма для льда из пластика и силикона оказалась удобнее штатной формы из холодильника

Форма для льда — один из самых распространённых кухонных аксессуаров. Казалось бы, придумать что-то новое в такой простой конструкции сложно, но производители продолжают...

Почему Лестница троллей стала самой популярной дорогой для туристов в Норвегии

Предвосхищая вопрос, никаких троллей в округе не наблюдается, да и лестница на самом деле — это автомобильная дорога, просто у норвежцев фантазия слишком богатая, чтобы давать трассе...

Как исчезновение волков в Йеллоустоне деформировало русла местных рек: гидрологический парадокс

По гидрологическим картам национального парка Йеллоустон с 1950 по 1990 гг. средняя ширина русла реки Ламар на контрольных створах увеличилась на 35%, а глубина фарватера уменьшилась почти вдвое....

Как швейцарский бобинник Stellavox SP 8 менял формат с моно на стерео

Сдвиг фазы между каналами на частоте 10 000 Гц при отклонении магнитного зазора воспроизводящей головки всего на 3 угловые минуты превышает 90°, что полностью разрушает моносовместимость...

Обзор мультиварки, которая заменит много других устройств РЕДМОНД RMC-M52

Мультиварки на кухне стали для многих незаменимыми помощниками. Они позволяют приготовить вкусный завтрак, обед или ужин одним нажатием пары кнопок. Не нужно постоянно следить за процессом...