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
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

Экраноплан Каспийский монстр: инженерный анализ аэродинамики и конструкции советского КМ

В истории мирового транспортного машиностроения создание тяжелых аппаратов, способных эффективно работать на стыке двух сред — воздуха и воды, всегда сопровождалось серьезными...

Кажется, смартфоны HTC — «всё». Почему компания, с которой началась история Android, проиграла борьбу за рынок

Компания HTC фактически прекратила выпуск новых смартфонов. Формально он об этом ещё не объявила, но есть много косвенных признаков. Во-первых, компания с 2024 года не выпустила ни одного смартфона...

Жизнь на глубине: как устроен подземный город Кубер-Педи в австралийской пустыне

В центральной части штата Южная Австралия располагается одно из самых специфических инженерно-архитектурных поселений мира. Официально этот регион признан крупным центром добычи опалов, однако...

Когда 3D принтер выручает: Airless ракетка для пин-понга своими руками. Обзор процесса изготовления

Стандартные ракетки для настольного тениса, особенно те, что выдаются в пунктах проката, имеют один существенный недостаток: при замахе их сплошная плоскость создаёт сопротивление воздуха, которое...

Почему теория струн может оказаться единственно возможным описанием физической реальности

Главная и самая обоснованная претензия к теории струн заключается в принципиальной сложности ее экспериментальной проверки. Эта концепция, претендующая на статус окончательной теории всего,...

Убираем сухое, жидкое и даже засохшее: обзор моющего пылесоса Redkey W11 в тестах на всех покрытиях

Пылесосов много не бывает, поэтому время рассказать об очередной новинке в лице Redkey W11. Это вертикальный моющий пылесос в стильном дизайне, с мощным BLDC-электромотором, который создает...