Wetenschappers van de Hogere School voor Economie en het Landau Instituut voor Theoretische Fysica van de Russische Academie van Wetenschappen hebben onderzocht hoe vortexstromen het binnenste van een vloeistof binnendringen. De auteurs van het artikel hebben aangetoond dat specifieke (dunne vloeibare en onoplosbare) films op het wateroppervlak wervelstromen versterken. Deze stromen worden geproduceerd door de op elkaar inwerkende oppervlaktegolven die onder een hoek met elkaar zijn gericht. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Fysieke beoordeling Vloeistoffen .

Sinds de oudheid, het is bekend dat films op het oppervlak van een vloeistof de beweging ervan beïnvloeden. De oude Grieken goten ooit olie overboord om de oceaan te kalmeren. De resulterende oliefilm verhoogde verticale vortexstromen in een dunne laag nabij het oppervlak, wat resulteerde in de onderdrukking van de amplitude van oppervlaktegolven.

De auteurs van deze studie hebben voor het eerst aangetoond dat dunne vloeibare en onoplosbare films op het wateroppervlak ook de horizontale wervelstromen versterken. Deze stromen worden geproduceerd door de interactie van oppervlaktegolven die onder een hoek met elkaar zijn gericht.

De onderzoekers houden rekening met twee niet-lineaire mechanismen die leiden tot het ontstaan ​​van horizontale wervels:Stokes-drift en Euler-vorticiteit. Tot voor kort, niemand had rekening gehouden met de laatste bijdrage. Echter, als de film het oppervlak van een vloeistof bedekt, is het de leidende.

"Op de golfbeweging, de viscositeit van een vloeistof leidt tot de vorming van verticale vortexstromen geconcentreerd in een dunne laag nabij het oppervlak. Als twee orthogonale golven worden geëxciteerd, dan zullen de verticale wervels die de eerste golf vergezellen enigszins draaien vanwege de helling van het oppervlak gecreëerd door de tweede golf, en vice versa. Als resultaat, de projectie van de vortexbeweging op het horizontale vlak verschijnt. De film op het oppervlak van een vloeistof versterkt verticale wervelingen nabij het oppervlak, wat leidt tot een toename van horizontale wervelstromen, " legt Vladimir Parfenyev uit, Universitair hoofddocent aan de Faculteit Natuurkunde van de Hogere School of Economics.

De auteurs van het artikel hebben vastgesteld dat bijdragen aan horizontale wervelstromen, door Stokes drift en Euler vorticiteit, afhankelijk van de diepte in verschillende mate. Beide termen vervallen exponentieel op een schaal in de orde van de golflengte, maar de Stokes drift vervalt sneller. Dat is, als u zich van het oppervlak (dieper) verwijdert tot een afstand gelijk aan de golflengte, de wervels zullen niet zichtbaar zijn. In aanvulling, de Stokes-drift zal eerder verdwijnen - dit betekent dat de Euleriaanse vorticiteit altijd op enige diepte zal domineren, zelfs als het oppervlak van een vloeistof niet door de film wordt bedekt.

De resultaten van het onderzoek kunnen op tal van terreinen worden toegepast, van materiaalkunde tot geofysica. Bijvoorbeeld, het is mogelijk om deeltjes met gespecificeerde eigenschappen (elektrisch, magnetisch, enz.) op het vloeistofoppervlak en, door hun bewegingen te beheersen, controle over de kenmerken van de interface.

In de geofysica, de verkregen resultaten kunnen worden gebruikt bij de analyse van transport van verontreinigende stoffen of plankton nabij het oppervlak van de oceaan. Verder, de wetenschappers stellen dat, op basis van hun berekeningen, is het mogelijk om een ​​methode te ontwikkelen voor het bepalen van parameters van een oppervlaktefilm, als ze geen priorij zijn.

Wetenschappers van de Hogere School voor Economie en het Landau Instituut voor Theoretische Fysica van de Russische Academie van Wetenschappen, Vladimir Parfenyev en Sergey Vergeles, samen met collega's van het Institute of Solid State Physics van de Russische Academie van Wetenschappen, testen momenteel hun theoretische voorspellingen. De auteurs van de studie hopen dat de verkregen resultaten de abnormaal hoge intensiteit van wervelstromen die in laboratoriumexperimenten zijn waargenomen, zullen verklaren.