Вращение частиц создало вихри в жидкостях: что наблюдали ученые

Эксперимент с вязкими жидкостями дал интригующий результат. Рассказываем, что увидели физики, изучающие особенности вихревого движения частиц.

Физики и математики давно изучают завихренность — меру локального вращения или вихревого движения в жидкости. Динамика вихреобразования регулируется знаменитыми уравнениями Навье-Стокса, которые говорят нам, что вихреобразование создается прохождением жидкости мимо стенок. Более того, из-за своего внутреннего сопротивления сдвигу вязкие жидкости будут рассеивать вихреобразование внутри себя, и поэтому любые постоянные вихревые движения потребуют постоянного пополнения вихреобразования.

Физики из Чикагского университета и прикладные математики из Института Флэтайрон изучили вязкие жидкости, в которых были взвешены крошечные вращающиеся частицы, выступающие в качестве локальных, мобильных источников вихреобразования. Они смогли увидеть поведение жидкостей, которое никогда ранее не наблюдалось, пишет Phys.org. 

Для проведения своих экспериментов ученые создали большое количество цилиндрических частиц миллиметрового размера. Затем они использовали магнитные поля, чтобы заставить эти частицы вращаться в то время, когда они находились в вязкой жидкости.

Эксперты наблюдали, как отдельные частицы создавали локализованную трехмерную область вихреобразования вокруг себя. Эта закрученная область, которую они назвали «вихрем», производила различные захватывающие поведения жидкости. Ученые заметили, что небольшие асимметрии в форме частицы могут деформировать вихрь, который она производит. Это заставляет частицу самопроизвольно двигаться внутри жидкости.