Срочные новости раздела
Ученые смоделировали движение жидкостей, подобных космической плазме

Ученые смоделировали движение жидкостей, подобных космической плазме

Российские ученые совместно с иностранными коллегами с помощью компьютерного моделирования объяснили поведение особого типа жидкостей, способных реагировать на магнитное поле. Так, при действии поля на их поверхности возникают волны, распространяющиеся в разных направлениях с неодинаковой скоростью, что нехарактерно для обычных жидкостей типа воды. Похожее поведение отмечено у волн в атмосфере Солнца и других космических тел, поэтому предложенная модель поможет объяснить многие до сих пор не изученные процессы, протекающие в космической плазме. Кроме того, работа будет полезна при создании новых материалов с заданными характеристиками поверхности.

Распределение энергии на поверхности ферромагнитной жидкости при воздействии внешнего магнитного поля. Сила поля увеличивается от (а) к (d)© Kochurin et al. / Phys. Rev. E, 2022

Для любой жидкости характерно явление турбулентности — образование нелинейных волн на ее поверхности. При этом они распространяются вдоль всех направлений с одинаковой скоростью, то есть изотропно. Этот случай турбулентности хорошо исследован. Иначе ведут себя ферромагнитные жидкости в присутствии внешнего магнитного поля. Такие вещества представляют собой взвесь способных намагничиваться наночастиц в воде или в другом растворителе. Например, это могут быть частицы гематита — минерала, входящего в состав железных руд. При действии внешнего магнитного поля скорость поверхностных волн ферромагнитной жидкости зависит от направления их распространения: скорость волн, бегущих вдоль линий магнитного поля, существенно выше, чем у тех, которые распространяются перпендикулярно. Такое свойство называется анизотропия. Несмотря на то что это явление было открыто около десяти лет назад, оно по-прежнему мало исследовано.

Ученые из Сколтеха (Москва), Института электрофизики УрО РАН (Екатеринбург) и Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (Москва) в сотрудничестве с коллегами из Парижского университета Сите (Франция) создали компьютерную модель, описывающую распространение волн на поверхности ферромагнитной жидкости. В модели рассматривается несжимаемая ферромагнитная жидкость бесконечной глубины с задаваемыми экспериментатором вязкостью, крутизной волны и другими параметрами. Силу воздействующего магнитного поля также можно варьировать.

Было показано, что распределение энергии на поверхности жидкости в отсутствие магнитного поля хорошо описывается уравнением турбулентности для поверхности обычной жидкости типа воды, а в случае сильного магнитного поля более подходящим является уравнение для жидкости с анизотропной турбулентностью.

Выяснилось, что свойства исследованной турбулентности очень близки к тем, какие проявляют жидкости в недрах звезд и магнитосферах планет-гигантов, таких как Юпитер. Для обоих случаев характерно анизотропное распространение волн, и при действии магнитного поля возникают возмущения поверхности, распространяющиеся перпендикулярно ему. Если поле достаточно сильное, это формирует резкие градиенты давления. Процесс напоминает появление корональных петель в солнечной атмосфере.

«Наша разработка будет полезна для исследований в области астрофизики в качестве системы, моделирующей сложные физические процессы, происходящие в космической плазме. Также исследование поможет в создании новых материалов с заданным микрорельефом поверхности и уровнем шероховатости. В дальнейшем мы планируем обобщить полученные результаты и перейти к точному подбору параметров внешнего магнитного поля под различные задачи. Это позволит управлять сложным турбулентным движением жидкостей», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Евгений Кочурин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории нелинейной динамики Института электрофизики УрО РАН.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physical Review E.  Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

При иммунном ответе на раковые клетки Т-киллеры активируются по принципиально иному механизму, чем при ответе на инфекционные агенты. К такому выводу пришли американские биологи, проанализировав
подробнее...

Американские исследователи обнаружили, что уровень натрия в крови у верхней границы нормы — показатель недостаточного потребления жидкости — связан с ранним физическим старением, развитием хронических
подробнее...

Первая в мире вакцина для медоносных пчел была одобрена для использования Министерством сельского хозяйства США. Препарат будут получать с кормом пчелиные матки и передавать устойчивость к болезни
подробнее...

Американские ученые научили Lactobacillus reuteri синтезировать блокатор калиевых каналов лимфоцитов, который способен снижать пролиферацию эффекторных T-клеток памяти и, как следствие, воспаление.
подробнее...

Сотрудники биологического факультета и НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ с коллегами детально изучили факторы, приводящие к хромосомным транслокациям – переносам участков
подробнее...

Российские химики создали молекулярные конструкции на основе органического вещества глутаримида, которые позволяют отправить на разрушение белки, необходимые для деления и роста опухолевых клеток.
подробнее...

Физики из Национальной лаборатории в Брукхейвене (Brookhaven National Laboratory, BNL) открыли совершенно новый тип квантовой запутанности, достаточно известного явления, связывающего квантовые
подробнее...

Физики из коллаборации MicroBooNE сообщили о результатах повторного анализа своих измерений в рамках полной модели нейтринных осцилляций, включающей превращения в стерильные нейтрино. Итог их работы
подробнее...

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова совместно с профессором Калифорнийского университета в Беркли Леоном Чуа
подробнее...

Американские физики изготовили классический аналог кубита с нелинейностью. Он представляет собой две стальные сферы, в которых возбуждаются волны упругости. Оказалось, что механические колебания в
подробнее...

Палеонтологи описали новый род и вид длиннохвостого пахиплеврозавра по полному скелету, найденному в Китае. Хвост этого животного превышал длину его тела. Окаменелый скелет был обнаружен в 2021 году в
подробнее...

Американские нейробиологи обнаружили четвертую оболочку головного мозга. Тонкая мембрана находится между средней и внутренней менингеальными оболочками, непроницаема для крупных молекул и активно
подробнее...

В 2020 году ученые из ВНИИ животноводства им. Л. К. Эрнста, Сколтеха, МГУ и их коллеги получили первого в России жизнеспособного клонированного теленка, самку назвали Цветочек (по названию клеточной
подробнее...

Коллектив ученых Санкт-Петербургского государственного университета и Омского научного центра Сибирского отделения РАН создал композитный материал из многослойных углеродных нанотрубок, оксида
подробнее...

Российские ученые провели межвидовой анализ экспрессии генов головного мозга у рыбок данио, крыс и людей, чтобы идентифицировать новые общие молекулярные мишени для терапии аффективных расстройств
подробнее...

Бразильские генетики изучили эволюцию генов, которая сделала китообразных гигантами. Они обнаружили гены, которые отбирались из поколения в поколение, и помогли не только достичь огромных размеров, но
подробнее...

Учёные из Сколковского института науки и технологий, Института астрофизики им. Лейбница (Германия), Грацского университета Карла и Франца и Обсерватории Канцельхоэ (Австрия), Загребского университета
подробнее...

Ученые Санкт-Петербургского университета нашли в кусочке янтаря в Калининграде муравья рода Manica, ранее встречавшегося только в горах Европы, Кавказа, Северной Америки и Японии. Возраст находки, как
подробнее...