У сверхтекучих жидкостей нашли пограничный слой
© Newcastle University
Английские ученые выяснили, что около шероховатой поверхности течение даже сверхтекучей жидкости меняется, что порождает сопротивление движению. Это противоречит многолетнему представлению о свойствах потока таких квантовых систем: ранее считалось, что из-за отсутствия вязкости, трение между сверхтекучей жидкостью и поверхностью отсутствует. Результаты работы британских физиков приняты к публикации в журнале Physical Review Letters, ознакомиться со статьей можно на сайте препринтов arXiv.org
«Представьте, что вы размешиваете чай в чашке и убираете ложку: кажется, что вся жидкость вращается, но это не так. На самом деле около стенок чай стоит на месте, — говорит ведущий автор работы Георг Стагг из Университета Ньюкасла. — Вследствие трения примыкающие к поверхности слои жидкости удерживаются от вращения. Этот пограничный слой приводит к остановке всего потока. Если повторить этот опыт со сверхтекучим гелием, то вращение будет продолжаться вечно, так как трение отсутствует. По крайней мере, физики так думали до последнего времени».
Новое исследование показывает, что трение будет отсутствовать только в случае идеально гладких поверхностей: даже нанометровые неровности будут приводить к возникновению микроскопических торнадо. Эти закрученные вихри будут перепутываться и «слипаться», что является причиной возникновения медленно двигающегося слоя между поверхностью и свободно текущим потоком. «Это означает, что, вопреки существовавшему до этого мнению, поток сверхтекучего гелия на самом деле в большей степени похож на обычную жидкость», — поясняет Стагг.
Пограничные слои возникают при движении жидкостей и газов повсеместно. Понимание торможения посредством вязких сил особенно важно при конструировании приборов и механизмов, например трубопроводов, водостоков и крыльев летательных аппаратов. «Наблюдение этой тесной связи между сверхтекучими и классическими жидкостями помогает нам увидеть параллели между этими явно различными жидкостями, что, возможно, даже приведет к универсальному пониманию течения любых жидкостей», — подытоживает соавтор Ник Паркер.