Дослідники прогнозують "катастрофи" в течіях

Загальний закон описує кількість їдких

Катастрофи в течії: У певний момент раптом виникає кілька каустікенів, які розгалужуються в подальшому ході. © MPI для динаміки та самоорганізації
читати вголос

Якщо струм тече під впливом просторово-випадкової зміни сили, виникають "катастрофи". У різних точках потоку утворюються потоки зі різко підвищеною щільністю потоку. Прикладом цього є монстрові хвилі у відкритому морі, які можуть раптово накопичитися у спокійних водах на висоту 25 метрів і більше. Зараз вчені вперше представили теорію, яка прогнозує кількість таких катастроф за течії.

Дивовижна річ, що цей закон є універсальним, а це означає, що незалежно від фізичної системи він описує кількість катастроф у річці, пишуть дослідники з Інституту динаміки та самоорганізації Макса Планка в Геттінгені в журналі Physical Review Letters.

Коливання океанічних течій як двигунів для монстрських хвиль

Двигун для так званих монстрових хвиль у відкритому морі - найменші коливання океанічного течії. Знову і знову ця неправильність викликає появу величезних хвиль. Цей самий принцип діє і в мікроскопічному світі: У тонких напівпровідникових шарах потік електронів зв'язується у нитки струму високої щільності. Тому тут крихітні домішки в напівпровіднику.

Незалежно від течії води чи електронів, вчені називають таку катастрофічно підвищену щільність потоку їдкою. Скільки таких їдких їжі виникає в потоці? І наскільки сильні можуть розгалужуватися пасма надзвичайно високої щільності потоку?

Розглянуті двовимірні потоки

"Не було задоволеної відповіді на ці питання", - пояснює дослідник Макса Планка Якоб Мецгер. Тільки стільки було зрозуміло: на великій відстані від безладу, який викликають їдкі, кількість потоків з високою щільністю швидко збільшується. Настільки швидко, що багато ліній розбиваються в єдиний дифузний потік. Вченим Геттінгену вперше вдалося математично описати найближче поле. дисплей

У своїх розрахунках дослідники зосередилися на двовимірних потоках. "Оскільки як морська поверхня, так і напівпровідникові шари є в основному двовимірними системами, це не є серйозним обмеженням", - пояснює Мецгер. Вченим вдалося вивести математичні вирази, що описують кількість їдких для двох граничних випадків - дуже близьких до джерела та далеко від нього. Поєднавши два вирази, вчені створили закон, який має загальну силу. На другому кроці дослідники моделювали різні системи на комп’ютері, щоб перевірити їх закон.

Каустики можуть розгалужуватися

Загалом, кількість їдких їдл у кожній системі еволюціонувала однаково, незалежно від точного характеру розладу. "На деякій відстані від джерела одночасно з’являється кілька їдких їд", - Метцгер описує свою знахідку, яку йому вдалося спільно зі своїми колегами Рагнаром Флейшманом та Тео Гейзелем. Згодом каустики розгалужуються і створюється більше, так що їх кількість постійно збільшується. Це збільшення ще раз сповільнюється, перш ніж кількість гілок - як уже відомо - швидко зростає.

"Нещодавно знайдений закон дозволяє краще прогнозувати їдкість", - каже Флейшман. Зараз дослідники хочуть поширити свої результати на інші системи. Однією із областей застосування є, наприклад, поширення звуку в океані.

(Товариство Макса Планка просування науки, 16.07.2010 - DLO)