Российские ученые из ряда институтов, в частности, МФТИ, разобрались в принципе образования волнами вихревых течений на поверхности жидкости. Физиками была разработана и подтверждена теория для течений маленьких масштабов, но по аналогии можно анализировать и вихревые течения на поверхности океанов, сообщает ТАСС со ссылкой на заявление пресс-службы МФТИ.
Понимание вихрей в жидкости или вблизи ее поверхности очень важно для анализа поведения различных объемов воды, будь то стакан или море, но даже у специалистов гидродинамики оно пока отсутствует в полном объеме.
Задача по моделированию этих явлений до недавнего времени также оставалась нерешенной, но российские физики с ней справились. «Ученые впервые разработали механизм генерации вертикального завихренного движения поверхности жидкости распространяющимися по ней волнами», — говорится в пресс- релизе.
Разработка ученых ТПУ поможет эффективно и бережно очищать воду
В своей работе они исследовали взаимодействие двух поверхностных волн, идущих в различных направлениях, и обнаружили, что даже в жидкостях с малой вязкостью они порождали сложную систему вертикальных вихрей.
Моделью выступила почти квадратная емкость, так как в случае совершенно прямых углов волны колебались синхронно и эффект был незначительным. В результате, после того как ее перевели в состояние вертикальных колебаний на резонансной частоте, через пару секунд обнаружилась стоячая рябь и квадратная решетка из завихрений. Такой результат полностью соответствует теоретическому уравнению. Проведя еще несколько подобных экспериментов, ученые убедились в его справедливости.
Как недавно показала другая работа группы исследователей из Австралии и России, при частоте колебаний выше некоторого порога, поверхностные волны становятся настолько сильными, что взаимодействия между вихрями становятся существенными для корректного описания системы.
В МФТИ научились управлять клетками сердца при помощи лазера
Приведенные в статье результаты позволят изучить эти эффекты и разработать для них вычислительную модель.
«Взаимодействие между вихрями приводит к генерации вихрей все большего масштаба, вызывая в конечном итоге формирование вихрей значительного размера и большой амплитуды. Такие вихри могут оказывать, например, существенное влияние на перенос планктона в океане и дальнейшие исследования должны прояснить детали этого процесса», — пояснил руководитель исследования, директор ИТФ и заведующий кафедрой физики и технологии наноструктур МФТИ, член корреспондент РАН Владимир Лебедев.
Статья ученых из Института физики твердого тела (ИФТТ) РАН, Института теоретической физики им. Ландау и МФТИ опубликована в журнале Physical Review Letters.
