Tynde film kan øge hvirvlen i havet

Forskere fra Higher School of Economics og Landau Institute for Theoretical Physics of Russian Academy of Sciences har undersøgt, hvordan hvirvelstrømme trænger ind i det indre af en væske. Artiklens forfattere har vist, at specifikke (tynde flydende og uopløselige) film på overfladen af ​​vand forstærker hvirvelstrømme. Disse strømme produceres af de interagerende overfladebølger rettet i en vinkel i forhold til hinanden. Resultaterne af undersøgelsen er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsvæske .

Siden oldtiden, det har været kendt, at film på overfladen af ​​en væske påvirker dens bevægelse. De gamle grækere hældte engang olie over bord for at berolige havet. Den resulterende oliefilm øgede lodrette hvirvelstrømme i et tyndt lag nær overfladen, hvilket resulterede i undertrykkelse af amplituden af ​​overfladebølger.

Forfatterne til denne undersøgelse har for første gang påvist, at tynde flydende og uopløselige film præsenteret på vandoverfladen også forstærker de vandrette hvirvelstrømme. Disse strømme er produceret ved vekselvirkning af overfladebølger rettet i en vinkel i forhold til hinanden.

Forskerne tager højde for to ikke-lineære mekanismer, der fører til generering af horisontale hvirvler:Stokes drift og Euler hvirvler. Indtil for nylig, ingen havde taget højde for det sidste bidrag. Imidlertid, hvis filmen dækker overfladen af ​​en væske, er det den førende.

"Ved bølgebevægelsen, en væskes viskositet fører til dannelsen af ​​lodrette hvirvelstrømme koncentreret i et tyndt lag nær overfladen. Hvis to ortogonale bølger exciteres, så vil de lodrette hvirvler, der ledsager den første bølge, dreje lidt på grund af hældningen af ​​overfladen skabt af den anden bølge, og omvendt. Som resultat, projektionen af ​​hvirvelbevægelsen på det vandrette plan vises. Filmen på overfladen af ​​en væske forstærker lodrette hvirvler nær overfladen, hvilket fører til en stigning i vandrette hvirvelstrømme, " forklarer Vladimir Parfenyev, Lektor ved Det Fysiske Fakultet på Økonomisk Højskole.

Artiklens forfattere har fastslået, at bidrag til horisontale hvirvelstrømme, på grund af Stokes-drift og Euler-hvirvler, afhænger af dybden i forskellig grad. Begge led henfalder eksponentielt på en skala af bølgelængden, men Stokes-driften henfalder hurtigere. Det er, hvis du bevæger dig væk fra overfladen (dybere) til en afstand svarende til bølgelængden, hvirvlerne vil ikke være synlige. Ud over, Stokes-driften vil forsvinde tidligere - det betyder, at den euleriske hvirvel altid vil dominere på en vis dybde, selvom overfladen af ​​en væske ikke er dækket af filmen.

Resultaterne af undersøgelsen kan anvendes på adskillige områder, fra materialevidenskab til geofysik. For eksempel, det er muligt at placere partikler med specificerede egenskaber (elektriske, magnetiske, osv.) på væskeoverfladen og, ved at kontrollere deres bevægelser, styre grænsefladens karakteristika.

I geofysik, de opnåede resultater kan bruges i analysen af ​​transport af forurenende stoffer eller plankton nær havets overflade. Desuden, forskerne siger, at baseret på deres beregninger, det er muligt at udvikle en metode til bestemmelse af parametre for en overfladefilm, hvis de ikke er kendt fra en priory.

Forskere fra Higher School of Economics og Landau Institute for Theoretical Physics ved det russiske videnskabsakademi, Vladimir Parfenyev og Sergey Vergeles, sammen med kolleger fra Institute of Solid State Physics ved Russian Academy of Sciences, tester i øjeblikket deres teoretiske forudsigelser. Forfatterne af undersøgelsen håber, at de opnåede resultater vil forklare den unormalt høje intensitet af hvirvelstrømme observeret i laboratorieforsøg.