Турбулентность встречается повсюду, однако многое о природе этого явления остаётся неизвестным. В течение последнего десятилетия физики обнаружили, как жидкости в трубе или в аналогичной геометрии переходят из гладкого, ламинарного состояния в турбулентное по мере увеличения их скорости.
Удивительно, но в недавно сформировавшемся консенсусе этот процесс можно объяснить с помощью статистической механики, а не механики жидкости, и он математически эквивалентен тому, как вода просачивается через кофейный фильтр.
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего Гуру К. Джаясингх и Найджел Голденфельд предсказали, что если труба достаточно изогнута, переход может стать прерывистым: турбулентная фракция претерпевает скачок при достижении критической скорости потока. Этот скачок математически подобен тому, как вода может внезапно и прерывисто превратиться в лёд при охлаждении ниже температуры замерзания.
Новая концепция — так называемая трикритическая направленная перколяция — объединяет как недавно сформировавшийся консенсус, так и недавние эксперименты, а также позволяет делать новые прогнозы.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Их работа показывает, что весь аппарат фазовых переходов, изначально разработанный для термодинамики, а теперь лежащий в основе материаловедения, химии и физики, может быть применён к определённым переходным явлениям в механике жидкости.
«Наша работа — ещё один яркий пример того, как междисциплинарные подходы могут привести к неожиданным решениям сложных научных проблем, в данном случае — проблем, существующих более века», — говорит Голденфельд, заслуженный профессор физики.
Предоставлено:
University of California — San Diego
Больше материалов по физике можно найти здесь.