Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Хаотичное движение в турбулентном потоке

Движение в турбулентном потоке приносит множество сюрпризов. И поведение одинаковых объектов в нем совершенно непредсказуемо — показывают недавние исследования американских ученых.

Резонно предположить, что два автомобилиста, стартуя из одной точки с одинаковой скоростью и передвигаясь в одном направлении, окажутся в одном месте на финише. Профессор Грегори Эйинк из Университета Джона Хопкинса, который занимается математической физикой, утверждает, что это правило не выполняется для двух одинаковых объектов, когда движение происходит в турбулентном потоке жидкости. Проверяя свои предсказания с помощью компьютерных моделей, он обнаружил, что две одинаковые маленькие бусинки, брошенные в одно и то же место турбулентного потока, окажутся в разных местах, причем, результаты движения предсказать невозможно. «Вывод довольно неожиданный. Представьте, что я стреляю в мишень, но каждый раз пуля летит в другом направлении», — удивляется Эйинк. — Все дело — в турбулентности потока, такое движение жидкости можно наблюдать в аэрированном потоке или вздымающейся вулканической лаве».

Чтобы просчитать поведение объектов в такой жидкости, Эйинк использовал компьютерную модель или виртуальный поток, созданный коллегами. В одно место этого «потока» ученый вбросил виртуальные бусины, которые стали свободно дрейфовать в пределах виртуальной жидкости. Затем в разных местах потока их начали беспорядочно «подталкивать». Как и следовало ожидать, в потоке частицы двигались в непредсказуемом направлении. «Удивительно, — говорит Эйинк, — когда толчки становились все более слабыми, частицы продолжали двигаться беспорядочно различными путями. В конце концов, компьютерный эксперимент показал, что бусинки будут перемещаться по разным траекториям, даже если толчки прекратить вовсе».

Это явление называют спонтанной стохастичностью, когда объекты в турбулентном потоке, даже если они идентичны и начинают движение с одного места, оказываются в непредсказуемом положении. Именно так могут себя вести не только субатомные частицы, но и комочки сажи или пыли, переносимые турбулентными потоками.

Работа ученого может помочь в разгадке происходящего в земных недрах, где, возможно, именно турбулентные потоки расплавленного металла генерируют магнитное поле планеты, а также к пониманию происходящего на Солнце во время мощных магнитных вспышек. По словам Эйинка, магнитные силовые линии движущейся намагниченной жидкости, если поток турбулентный, оказываются хаотичными, что противоречит принципу «вмороженности» магнитного поля.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Автор: Ольга Баклицкая

Источник: www.nkj.ru