Нові дослідження допомагають показати, як турбулентність може відбуватися без інерції - ScienceDaily
Той, хто літав у літаку, знає про турбулентність або коли потік рідини - в цьому випадку потік повітря над крилами - стає хаотичним і нестабільним. Понад століття в області механіки рідини стверджується, що турбулентні масштаби з інерцією, і тому масивні речі, як літаки, легше викликають це.
Зараз дослідження, проведене інженерами з Університету Пенсільванії, показали, що цей перехід до турбулентності може відбуватися взагалі без інерції.
Дослідження проводили доцент Пауло Е. Аратія та аспірант Лічао Пан, обидва з кафедри машинобудування та прикладної механіки Школи інженерії та прикладних наук Пенна. Вони співпрацювали з професором Крістіаном Вагнером з Німецького університету Саар та з професором Олександром Морозовим з Шотландського університету в Единбурзі.
Це було опубліковано в журналі Physical Review Letters.
Одне з найбільш фундаментальних понять в динаміці рідини - число Рейнольдса. Названий на честь Осборна Рейнольдса, фізика кінця 19 століття, який продемонстрував, як рідина, що протікає по трубі, переходить у турбулентний стан. Числа Рейнольдса описують співвідношення між в'язкими силами та інерційними силами для даних рідин та умовами, в яких вони протікають. Низькі числа Рейнольдса пов'язані з "ламінарним" потоком, який є плавним і впорядкованим, тоді як високі числа Рейнольдса пов'язані з турбулентним потоком, який є нелінійним і хаотичним.
У ламінарному, або лінійному, потоці існує пряма залежність між силою, прикладеною до рідини, і тим, як швидко вона рухається. Коли діюча сила видаляється, в'язкі сили зупиняють рух рідини. З турбулентними або нелінійними потоками ці відносини перестають бути прямими. Це пов’язано з тим, що інерційні сили утримують рідину в русі навіть після видалення прикладеної сили. Коротко перемішуючи чашку кави ложкою, кава буде закручуватися протягом хвилин, але такого ж ефекту неможливо досягти за допомогою чашки меду.
"Те, що Рейнольдс елегантно запропонував, було тим, що сила, яка змушує речі йти нелінійно або нерегулярно, є інерцією, оскільки інерція сама є нелінійною силою", - сказав Арратія. "Оскільки вода тече швидше, вона має більшу інерцію і, отже, стає більш турбулентною, - це те, що ви можете побачити, коли ви повертаєте кран на змішувачі в раковині".