Физики опровергли теорию турбулентности

Физики опровергли теорию турбулентности

В 1941 году русский физик Андрей Колмогоров разработал теорию турбулентности, которая служила в качестве основного фундамента для нашего понимания этого важного природного явления. Турбулентность возникает, когда поток жидкости характеризуется хаотическими физическими изменениями. Теория Колмогорова подразумевает, что переходы от одного состояния турбулентности к другому должны быть плавными.

Однако, новый эксперимент, проведенный физиками Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, опровергает такую интерпретацию теории Колмогорова. «В нашей работе мы предлагаем экспериментальные доказательства, что эти переходы действительно острые, — сказал Гюнтер Алерс, профессор физики. – Полученные данные показали нам, что интерпретация Колмогорова была неверной. Для физики это очень важный шаг вперед». Aлерс и его коллеги Пинг Вэй и Стефан Вайс изучают турбулентную конвекцию, которая играет важную роль во многих природных и техногенных процессах. Результатом турбулентной конвекции является нагревание жидкости снизу и охлаждение ее сверху. Когда перепад температур увеличивается, конвективный поток становится настолько сильным, что поле скоростей становится турбулентным.

Используя цилиндрическую вращающуюся систему, построенную командой Алерса, исследователи нагрели жидкость в нижней части так, что она расширилась и стала менее плотной, чем жидкость в верхней части. Сила тяжести заставила жидкости поменяться местами друг с другом, что в свою очередь создало турбулентность. Тогда ученые добавили вращение. «При вращении возникают новые силы, в том числе силы Кориолиса, которые раскручивают жидкость в маленькие вихри или торнадо», — объяснил Алерс. «Таким образом, система полна маленьких торнадо возле нагревательной пластины, а также вверху, только там они холодные, — добавил он. – Сначала эти смерчи не связаны, потому что они являются относительно короткими. Но по мере увеличения скорости вращения цилиндра торнадо расширяются и в конечном итоге формируют воронки над всей этой системой. Когда это происходит, физики говорят, что изменяется симметрия системы». Следующим шагом для Алерса и его команды было измерить транспорт тепла -обмен тепловой энергией, который выражается числом Нуссельта. Вильгельм Нуссельт был немецким инженером, который в начале 1900-х годов измерил перенос тепла через двойные стекла окон. «Если вы посмотрите на числа Нуссельта, то заметите там разрывы, которые указывают, что с увеличением скорости вращения перенос тепла меняется не плавно, — сказал Алерс. — Кстати, Лев Ландау сказал об этом уже давным-давно. Несмотря на то, что Ландау говорил не о турбулентных системах, его аргументы могут быть непосредственно перенесены на состоянии турбулентности». Алерс имел в виду другого российского физика и лауреата Нобелевской премии, который предположил, что, когда симметрия системы изменяется, изменения должны быть резкими.

Они не могут быть плавными, потому что система имеет только два состояния: неупорядоченное или упорядоченное, и нет ничего между ними. «Беда в том, что изучая турбулентность, ученые не думали о словах Ландау, потому что он был специалистом в совершенно другой области, — добавил Aлерс. — Но я работал в области критических явлений в течение многих лет, и хорошо знаю работу Ландау». В работе исследователи использовали длинные ряды кучевых облаков, ориентированных параллельно направлению ветра, в качестве примера естественной турбулентной конвекции.

Newsland.ru

Похожие новости:
Абелевскую премию дали за работы по гипотезам Вейля
Абелевскую премию 2013 года получил Пьер Делинь. Об этом сообщается на сайте премии, где шла прямая трансляция церемонии. Делинь получил награду за "революционный вклад в алгебраическую геометрию, который трансформировал теорию представлении, теорию чисел и многие смежные области". ..
2013-03-20 2103 0 Научные открытия
0
Ученые укрепят магнитный щит Земли
В Лос-Аламосской национальной лаборатории на суперкомпьютере Cray XT5 Jaguar проводят самое масштабное в истории науки моделирование столкновения солнечной плазмы с магнитосферой Земли. Мощная турбулентность, вызванная ударом магнитной плазмы, может нанести огромный ущерб мировой экономике и привести к гибели ..
2012-02-19 3060 0 Научные открытия
0
Ученые впервые получили металлический водород
Ученым из Германии и США удалось сжать до состояния металла жидкий дейтерий (изотоп водорода). Это новый шаг на пути к созданию твердого металлического водорода, сообщается в журналеScience. В 1935 году Хиллард Хантингтон и Юджин Вигнер выдвинули теорию, по которой для получения металлического водорода ..
2015-07-01 7905 0 Научные открытия
1
Теорию струн и петлевую квантовую гравитацию предложили объединить
Физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер из Стокгольма посчитала двух альтернативных претендентов на «теорию всего» (теорию струн и петлевую квантовую гравитацию) сторонами одной медали. По ее мнению, в настоящее время петлевая квантовая гравитация достигла большого прогресса. Об этом ученый рассказала ..
2016-01-15 2920 0 Научные открытия
0
Крупнейшая научная премия досталась выходцу из России
Крупнейшая в мире научная премия - премия Мильнера или Fundamental Physics Prize (FPP) - досталась сотруднику Принстонского университета Александру Полякову, который является выходцем из России, передает в четверг «Лента.ру». Размер премии составляет 3 млн долларов. Она досталась Полякову за работы в области ..
2013-03-21 3319 1 Научные открытия
0
Астрономы проверили теорию Эйнштейна
Ученые вновь подвергли проверке общую теорию относительности (ОТО), на этот раз в космологических масштабах. Как сообщается на сайте Королевского астрономического общества Великобритании, результаты измерений ученых находятся в превосходном соответствии с предсказаниями теории тяготения Эйнштейна. В своих наблюдениях астрономы ..
2014-06-27 2847 0 Научные открытия
0
Ученые опровергли миф о "пивном животе"
Ученый из Японии Хироцугу Уесима доказал, что потребление пива никак не влияет на появление у мужчин среднего возраста так называемого "пивного живота".Результаты работы были представлены на научной конференции по наркотической и алкогольной зависимости в Нагое.В течение четырех лет (с 2005 по 2008 год) ..
2011-10-15 2717 0 Научные открытия
-1
Обнаружены первые следы Новой физики
Только представьте: вы открываете поваренную книгу и находите рецепт шоколадного торта. В нём описаны все тонкости приготовления десерта, вплоть до того, сколько крупиц соли и сахара следует добавить для получения идеального результата. Но минуточку — в графе "ингредиенты" ни слова не сказано ..
2013-08-5 2580 0 Научные открытия
1
Найден способ проверить теорию петлевой квантовой гравитации
Петлевая квантовая гравитация может решить одну из самых крупных проблем физики: примирить между собой общую теорию относительности и квантовую механику. Но подобно другим умозрительным теориям квантовой гравитации, петлевая квантовая гравитация еще не была проверена экспериментально. ..
2012-01-16 4353 0 Научные открытия
0
Ученые создали модель Вселенной на основе теории суперструн
Группа из трех исследователей впервые продемонстрировала то, как в нашей Вселенной образовалось 3 пространственных измерений из десяти, девять из которых относились к пространству, а одно ко времени. Результаты были получены путем моделирования на суперкомпьютере. В теории суперструн, которую называют "теорией всего", все элементарные ..
2011-12-26 4032 2 Научные открытия
0
Ученые представили теорию происхождения шаровой молнии
Одним из самых загадочных явлений в мире остается шаровая молния. Хотя ученые занялись изучением молний еще 150 лет назад, до сих пор в этом природном явлении остается много загадочного и необъяснимого, особенно это касается шаровой молнии, способной проходить через стены и другие ..
2012-10-21 3098 4 Научные открытия
0
Физик починил причинно-следственные связи в гравитации
Российский физик из Физического института имени Лебедева Андрей Барвинский, по его собственным словам, сумел решить вопрос о нарушении причинности в нелокальной теории гравитации. Препринт статьи Барвинскогоопубликован на сайте arXiv.org, а его краткое изложение с пояснениями автораприводит ФИАН-информ. В 90-х годах ..
2013-01-29 2776 1 Научные открытия
0
Ученые: не все живые организмы стареют с возрастом
Уже давно появилась аксиома, что с возрастом любой живой организм становится дряхлым. Ученые из университета Южной Дании нашли животных, которые с возрастом становятся лишь крепче и могут считаться бессмертными и чем больше лет они живут, тем более бессмертными становятся. Исследования провел профессор ..
2013-12-11 3813 0 Научные открытия
0
Ученые: теория относительности верна
Руководитель проекта OPERA профессор Антонио Эредитато и его научный координатор Дарио Аутиеро уходят в отставку, так как крупнейшее открытие последнего десятилетия оказалось ложным,сообщает«WordScience.org». 22 сентября 2011 года в сеть попала первая информация о том, что скорость света впервые была ..
2012-06-14 3358 4 Научные открытия
0
Тайна десятилетий: расщепление Фуллерены
После исследований на протяжении 25 лет, ученые решили вопрос о том, как изобразить ряд клеточно-углеродных молекул, известных под формой фуллерены. Результаты, полученные университетом штата Флориды и национальным научным фондом, поддерживаемым Национальной Лабораторией сильных магнитных полей, или же MagLab из Таллахасси, штата ..
2012-07-13 2427 0 Научные открытия
0