يتم عزل كرات الاضطراب باستخدام حلقات دوامة - عالم الفيزياء

قام باحثون في الولايات المتحدة بعزل كرة من الاضطراب داخل خزان مياه واستمروا في تحملها بإطلاق حلقات دوامة من زوايا الخزان. وليام ايرفين يقول وزملاؤه في جامعة شيكاغو إن أسلوبهم الجديد يمكن أن يؤدي إلى تحول في طريقة دراسة الاضطراب تجريبيًا.

من الدوامات في مجرى مائي إلى دوامات الغاز في الفضاء بين النجوم ، يدعم الاضطراب سلوك العديد من الأنظمة المختلفة في الطبيعة. من السهل تحديد خصائصها الرئيسية وتتضمن تقلبات غير منتظمة وغير منتظمة في السرعة والضغط. ومع ذلك ، على الرغم من انتشارها في كل مكان ، يكافح الباحثون لوصف بالضبط كيف تتصرف السوائل المضطربة.

"يظهر الاضطراب في كل مكان حولنا ، لكنه يظل بعيدًا عما يعتبره الفيزيائيون وصفًا مرضيًا." يشرح إيرفين. "على سبيل المثال ، إذا سألت ، هل يمكنني توقع ما سيحدث بعد ذلك عندما أثير هذه المنطقة المضطربة؟ الجواب لا. ولا حتى مع كمبيوتر عملاق ".

الاضطرابات المسيطر عليها

بينما يمكن إنشاء الاضطراب ودراسته في المختبر ، من الصعب جدًا منع السائل المضطرب من التفاعل مع جدران الحاوية الخاصة به ، أو جهاز التحريك المستخدم لتوليد الاضطراب. حتى الآن ، منعت هذه الانتكاسة علماء الفيزياء من فهم كيفية تطور السوائل المضطربة بمرور الوقت إذا تركت دون عائق ، أو كيف تستجيب للاضطرابات الخاضعة للرقابة.

لمواجهة هذا التحدي ، سعى فريق Irvine إلى إنشاء منطقة اضطراب معزولة تمامًا باستخدام حلقات دوامة. هذه دوامات دائرية من السوائل تولد اضطرابًا عندما تصطدم مع بعضها البعض.

في البداية، قام إيرفاين وزملاؤه بذلك عن طريق وضع نفاثات حلقية مولدة للدوامة على طرفي خزان المياه. تم زرع فقاعات في الماء لتصور حركات الحلقات. على الرغم من ملاحظة الاضطراب في البداية، إلا أن التدفقات اجتمعت في النهاية لتكوين مجموعات جديدة من الحلقات، والتي انحرفت بعيدًا عن نقطة الاصطدام الأصلية.

ثماني حلقات دوامة

وفي دراستهم الأخيرة، قام فريق إيرفاين بدلاً من ذلك بوضع طائرة نفاثة حلقية في كل ركن من أركان الخزان، مما أدى إلى نتائج أكثر إثارة للاهتمام. عندما اصطدمت حلقات الدوامة الثمانية، خلقت كرة من الاضطراب كروية تقريبًا في مركز الخزان. لم تكن الكرة معزولة تمامًا عن جدران الخزان فحسب؛ يمكن الحفاظ عليه ببساطة عن طريق إطلاق المزيد من الحلقات الدوامة داخل الخزان بشكل دوري.

يقول عضو الفريق: "لم يكن أحد يعلم أن هذا ممكن". تاكومي ماتسوزاوا. "الاضطراب جيد جدًا في خلط الأشياء ؛ إذا قمت بخلط الحليب في قهوتك ، يمكنك فقط إدخال دوامة أو دوامة قبل أن تمتزج تمامًا. حقيقة أنه يمكننا احتوائه في مكانه أمر مدهش للغاية ".

إنه مثل الجلوس بهدوء في حقل مع نزهة ومشاهدة عاصفة هبت على بعد 50 قدمًا

وليام ايرفين

من خلال هذا الإعداد، تمكن الفريق من الجمع بين حلقات دوامية مثل كتل LEGO - التحكم في المعلمات بما في ذلك طاقة الحلقات وحلزونيتها - والأخيرة تصف ما إذا كانت الدوامات تدور في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة.

هل التدفق المضطرب عالمي بعد كل شيء؟

وفي المقابل، تمكنوا من ضبط معاملات الاضطراب داخل الكرة، ثم ملاحظة كيفية تطورها مع استمرارها بمزيد من حلقات الدوامة، أو كيف تتبدد عندما توقفوا عن إضافة حلقات جديدة. يصف إيرفاين الأمر قائلاً: "إن الأمر يشبه الجلوس بهدوء في حقل مع نزهة ومشاهدة عاصفة تهب على بعد 50 قدماً".

يأمل الباحثون الآن أن يؤدي عملهم إلى اختراق في تطوير تقنيات جديدة لدراسة الاضطراب. من خلال نحت التدفقات المضطربة باستخدام الحلقات الدوامية ، يقترحون أنه يمكن التعامل مع الاضطراب كحالة من المادة ذات ميزات يمكن التحكم فيها ومعالجتها بعناية.

في المقابل ، يمكن أن يمهد هذا الطريق لمجموعة متنوعة من التجارب الجديدة ، واستكشاف العديد من الأمثلة المختلفة للتدفقات المضطربة في الطبيعة. يقول إيرفين: "آمل حقًا أن يساعد هذا في فتح ملعب جديد في هذا المجال".

تم وصف البحث في فيزياء الطبيعة.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/balls-of-turbulence-are-isolated-using-vortex-rings/