Исследователи разработали способ создания удерживаемой турбулентности в резервуаре с жидкостью. Физики из Университета Чикаго впервые продемонстрировали способ создания замкнутого «шара» турбулентности в резервуаре с водой. Технология поможет исследовать хаотичные движения в жидких средах.

Турбулентность — хаотическое течение в неравномерно перемешанном веществе — окружает нас по всюду. Но, чтобы исследовать это явление, его нужно изолировать от окружающего пространства. Можно эмитировать турбулентность, выпуская быструю струю воды через трубу или перемешивая жидкость лопастью, но поток частиц в этих случаях касается стенок контейнера и других предметов, что влияет на результаты.

Физики проводили эксперименты с резервуарами с водой, чтобы создать «вихревые кольца» — структуры, напоминающие кольца дыма, но формируемые в жидкости. Они пытались объединить несколько таких колец, чтобы создать турбулентность. Эксперимент завершился удачей, когда исследователи использовали коробку с восемью углами, в каждом из которых находился генератор вихревых колец.

Схема экспериментальной установки: вихревые кольца сталкиваясь в центре формируют турбулентность. Изображение: Takumi Matsuzawa, University of Chicago

Вихревые кольца, выпущенные из углов резервуара, сталкивались в центре. При этом исследователи зафиксировали формирование шара турбулентности, который не контактировал со стенками сосуда или другими предметами.

Изолированный шар турбулентности позволяет ученым с помощью лазеров и нескольких быстрых камер гораздо точнее отслеживать его параметры, отмечают авторы исследований. Можно лучше измерить энергию, спиральность и импульс. Исследователи показали, что, изменяя параметры, можно управлять поведением турбулентного шара.

Как рассеивается турбулентность? Как она расширяется? Что она «помнит»? Как распределяется энергия? Существуют ли различные типы турбулентности? Мы можем задавать самые разные вопросы, и это уникальная возможность найти ответы, – Уильям Ирвин, соавтор исследования.