В сферическом течении жидкости нашли зависимость от шумов

Российские ученые выяснили, что случайные колебания скорости в сферическом течении жидкости влияют на плавность потока. Открытие поможет строить более точные модели природных течений, таких как циркуляция атмосферы Земли. Результаты работы опубликованы в журнале Chaos.

Если жидкость поместить между двумя сферами и начать их вращать, возникнет так называемое течение Куэтта. В лабораторных условиях его изучают на установке из двух прозрачных сфер, одна из которых, внешняя, обычно неподвижна, а внутреннюю можно вращать с заданной скоростью. Такая модель описывает движения атмосферы, океанов и мантии Земли. Все эти природные течения обычно турбулентные, то есть неустойчивые. Ученые решили выяснить, что влияет на устойчивость или неустойчивость течения. Ответив на этот вопрос, они смогут более точно предсказывать изменения климата.

Режим течения Куэтта зависит, например, от того, как сильно изменяется скорость вращения внутренней сферы, то есть от ее ускорения. Именно от этой величины зависит, образуется в течении три вихря или четыре. В природных процессах не существует постоянных ускорений, в них всегда есть случайные отклонения. Авторы нового исследования проверили, как случайные колебания скорости вращения (шумы) влияют на течение.

Как оказалось, между шумами и режимом течения жидкости действительно есть зависимость, но довольно сложная. При небольших шумах или совсем без них в течении было три вихря. Если шум усилить, то в течении образовывалось четыре вихря. Самым интересным оказалось влияние шумов средней силы. В этом случае количество вихрей зависит как от ускорения, так и от величины самого шума, причем эта зависимость нелинейная.

«Нам еще предстоит узнать, как именно шумы средней амплитуды воздействуют на течение, — говорит один из авторов работы, старший научный сотрудник Института механики МГУ имени М.В. Ломоносова Дмитрий Жиленко. — Это поможет оценить влияние шумов на процессы в природных объектах: в пульсарах, в атмосфере Земли и других планет. К примеру, случайные колебания в притоке солнечного тепла в атмосферу, как полагают некоторые исследователи, могут менять элементы атмосферной циркуляции: ячейки Гадлея, Ферреля и полярные. Такие ячейки представляют собой "кольца" с замкнутой циркуляцией воздуха, и от циркуляции атмосферы в них напрямую зависит климат на всей планете».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

_Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.