Российские ученые провели эксперименты в области вибрационной механики вращающихся систем
Строение Земли. Выделяются: твердое внутреннее ядро, жидкое внешнее ядро, твердая мантия и земная кора.
© Научно-информационный журнал Вестник ОНЗ РАН.
Российские ученые изучают течения, которые образуются в результате колебаний твердого ядра, расположенного в центре вращающейся сферы, заполненной жидкостью. Целью экспериментов является выяснение влияния колебаний внутреннего ядра на течения в жидком ядре планеты. Исследования поддержаны грантом РНФ и опубликованы в журнале European Journal of Mechanics B/Fluids.
«Известно, что у многих планет в центре жидкого ядра находится твердое внутреннее ядро, которое может совершать колебания. Наши исследования проливают свет на структуру потоков жидкости, возбуждаемых колебаниями внутреннего ядра», — рассказывает заведующий лабораторией вибрационной гидромеханики Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета руководитель гранта РНФ Виктор Козлов.
Ядро Земли делится на две части: внутреннее твердое ядро (располагающееся в самом центре планеты) и внешнее жидкое ядро. Именно такому строению ядра наша планета обязана существованием у нее магнитного поля.
Эксперимент ученых заключался в моделировании потоков жидкости во вращающейся сферической полости, возбуждаемых колебаниями внутреннего твердого ядра. Обнаружено, что в результате колебаний в жидкости появляются устойчивые потоки, сопровождающиеся отстающим вращением самого ядра. Предполагается, что аналогичные процессы могут иметь место в планетах, имеющих внутреннее твердое ядро.
Вихревые течения во вращающейся сферической полости, возбуждаемые колеблющимся ядром (вид вдоль оси вращения и вид сбоку).
© Виктор Козлов
«Обнаружено, что в результате колебаний твердое внутреннее ядро возбуждает осредненное движение в жидком ядре и само совершает дифференциальное вращение. В окружающей жидкости возбуждаются течения в виде системы цилиндрических поверхностей, двигающихся с различной скоростью друг относительно друга», — заключает Виктор Козлов.
Результаты исследований разовьют теорию вибрационной механики вращающихся систем, позволят ученым определить и сформулировать принципы их управления с помощью вибраций. Новые данные могут быть использованы для разработки эффективных методов управления движением и массопереносом во вращающихся полостях в различных технологических процессах. Это важно для развития космических технологий, поскольку в условиях микрогравитации роль вибраций особенно велика, и последние могут эффективно использоваться для управления массопереносом.
Полученные результаты также могут быть использованы при разработке различных технических устройств, в которых используются вращающиеся жидкости: в машиностроении, устройствах для перемешивания жидкостей и во всех отраслях народного хозяйства для подвода жидкости во вращающиеся узлы механизмов. Исследования процессов во вращающихся системах расширяют представления ученых о процессах, происходящих в атмосфере, на поверхности океана, внутри звезд и планет.