Все новости

Спиральность сохраняется в неидеальной жидкости

Физики из США впервые увидели, что происходит со спиральностью при течении реальной жидкости. Для этого они запускали в воде вихри, похожие на кольца сигаретного дыма.

Вихри могут возникать в жидкостях и газах. Всем знакомые примеры вихревого движения — это торнадо и водовороты. Также вихри бывают в расплавленном веществе внутри планет и звезд.

Для описания вихревого движения используют вихревые линии. Например, если жидкость в вихре движется по кругу, то вихревые линии направлены перпендикулярно плоскости круга.

Еще в XIX веке Кельвин и Гельмгольц показали, что в идеальной, то есть невязкой, жидкости вихревые линии как бы «вморожены» в жидкость и движутся вместе с ее потоком. В таком случае если на вихревой линии есть завиток, то он сохранится при течении жидкости. Если две вихревые линии перекручены или связаны между собой, то и эта связь не изменится при течении.

Спиральность — это физическая величина, которая описывает, как изогнуты и связаны между собой вихревые линии в жидкости. Так как в идеальной жидкости изгибы и сцепки сохраняются при течении жидкости, то спиральность остается постоянной. Или, как говорят ученые, сохраняется.

Сохраняющиеся при движении величины имеют большое значение в физике. Их принято называть интегралами движения. Общеизвестных интегралов движения три: энергия, импульс и момент импульса, который отвечает за вращательное движение. При течении идеальной жидкости спиральность — это еще один интеграл движения. Однако понять, сохраняется ли спиральность в реальных жидкостях, долгое время не удавалось.

Чтобы ответить на этот вопрос, ученые из США наблюдали за вихрями в воде, напоминающими кольца сигаретного дыма. Особый интерес ученых вызвали изогнутые кольца, а также случаи, когда одно кольцо проходило сквозь другое. Чтобы кольца были заметны, в воду добавили краситель. Движение колец фиксировали с помощью оптического томографа.

В результате ученые поняли, как меняется положение вихревых линий со временем. Они выяснили, что под действием вязкости скрученные линии разворачиваются, а вот изгибы все равно сохраняются. Таким образом, ученые показали, что спиральность устойчива даже при наличии вязкости.

Исследование опубликовано в журнале Science.

Раньше ученым удалось создать вихри в микроканалах.

 Анна Шустикова

Теги