О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Украина | Свидетели Иеговы
Читайте нас:
На основном сайте Граней: https://graniru.org/Society/Science/m.41513.html

статья Последняя нерешенная проблема классической физики близка к решению благодаря сверхтекучему гелию

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 28.08.2003
Турбулентность. Фото с сайта www.exploratorium.edu/exhibit_services/travel/turbulent1.html
Турбулентность. Фото с сайта www.exploratorium.edu/exhibit_services/travel/turbulent1.html
Реклама

Ричард Фейнман (крупнейший американский ученый, занимавшийся, в частности, проблемами сверхтекучих жидкостей, популяризатор физики, известный нашему читателю прежде всего, пожалуй, по полуанекдотическим историям из своей жизни) однажды назвал турбулентность последней большой нерешенной проблемой классической физики. Это кажется невероятным, но теории гидродинамической турбулентности в завершенном виде не существует до сих пор, созданы только так называемые полуэмпирические теории турбулентности. Вообще это является одной из важнейших проблем современной теорфизики. Теперь сделан важный шаг в описании турбулентности в сверхтекучем гелии-3, что может помочь, наконец, в решении проблемы турбулентности и в обычных жидкостях (впрочем, возможно, в рамках классической физики эта задача и не имеет решения).

Поток классической жидкости описывается безразмерным числом, называемым числом Рейнольдса. Этот поток превращается из ламинарного (ровное гладкое регулярное устойчивое течение) в турбулентный (когда в течении присутствуют вихри гораздо меньшего размера, чем размеры трубы), если это число Re, которое зависит не только от скорости потока, но и от других его характеристик, превышает некоторое значение (Re = характерная скорость движения жидкости * характерные размеры течения / кинематическая вязкость жидкости).

Антти Финне (Antti Finne) из Хельсинского технологического университета (Low Temperature Laboratory in Helsinki) с помощью коллег из Японии, Финляндии, Нидерландов, России и Чешской республики обнаружил новый критерий инициации турбулентности в сверхтекучем гелии-3 (3He), который не зависит от скорости. Сверхтекучий гелий состоит из двух компонентов: "нормальная" часть, имеющая ненулевую вязкость и сверхтекучий элемент, текущий без трения (вязкость равна нулю - это так называемая двухжидкостная модель, связанная с именем нашего замечательного теоретика Льва Ландау). Гелий-3 становится сверхтекучим, когда он охлажден до 2,7 милликельвинов, и входит в так называемую "B-фазу", когда охлажден ниже критической температуры в 2,2 милликельвинов.

Другой особенностью сверхтекучих жидкостей является то, что вращательные движения внутри них - топологически устойчивые вихревые витки - являются проквантованными, то есть могут принимать только набор определенных значений. Финне и его сотрудники воспользовались методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для того, чтобы исследовать зависимость поведения таких "петель" вихря от температуры.

Выяснилось, что для температур, превышающих критическую на 60 % ( 1,60Tc, где Tc - переходная температура для сверхтекучести), эти петли росли, пока не занимали весь объем сосуда. Однако при температурах ниже 60 % от критической вихревые витки срывались в турбулентную путаницу, хотя в конечном счете разглаживались, затухали (в случае обычных жидкостей распад турбулентности происходит благодаря дроблению вихрей - запасенная энергия в конце концов рассеивается за счет вязкого трения). Числовое моделирование показало, что ответственным за турбулентность может быть рост на петлях так называемых волн Кельвина ("вкрапленных" в ламинарный поток турбулентных пятен, иначе говоря, вторичной неустойчивости). Скорее всего, все это определяется внутренними параметрами сверхтекучих жидкостей, а именно взаимным трением между нормальным и сверхтекучим компонентами потока, что и является причиной затухания движения в вихре.

Источники:
Turbulent breakthrough in superfluid helium - PhysicsWeb
An intrinsic velocity-independent criterion for superfluid turbulence - Nature

Ссылки:
Турбулентность и детерминированный хаос - Дмитрий Трубецков
Турбулентность - Школьник.Ру
Затухание турбулентности в сверхтекучей жидкости - Scientific.ru

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 28.08.2003


новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама


Выбор читателей