Физици направиха интересно откритие в проучване, вдъхновено от земното ядро

В ново проучване се съобщава за откритие, което може би е намерило нов начин за използване на специфичен вид конвекция. Наречено конвекция на Рейли-Бенар, това откритие може да ни помогне да разберем по-добре как текат течностите, когато се нагряват отдолу. Това би могло да има някои вълнуващи приложения в реалния свят, включително да се открие как се държи течното ядро на Земята или как се движат молекулите във вряща вода.

В случай че не знаете, конвекцията на Рейли-Бенар възниква, когато течност се нагрява отдолу и се охлажда отгоре. Това може да доведе до видими модели и движения, защото явлението създава конвекционни клетки, тъй като нагрятата течност се издига, става по-малко плътна, след което се охлажда и потъва обратно надолу. Взаимодействието между плаваемостта и преносът на топлината води до появата на отчетливи модели в клетките, които варират в зависимост от фактори като температурната разлика и размерите на съдът в който се намира течността. Конвекцията на Рейли-Бенар намира практическо приложение в области като метеорологията и инженерството, където оказва влияние върху преноса на топлина и динамиката на течностите.

„Нашите експерименти разкриват сложни движения между свободно движещо се тяло и топлинни конвективни потоци.“

казва Джун Джан, професор по математика и физика в Нюйоркския университет и Нюйоркския университет в Шанхай, старши автор на статията

Изследователите провеждат експерименти в Съвместния изследователски институт на Нюйоркския университет в Шанхай, Китай като използват цилиндричен контейнер пълен с вода.

Те нагрявали контейнера отдолу, създавайки конвективни потоци, които взаимодействали с твърдо тяло (правоъгълен панел), което се движело свободно в контейнера. Това позволило на изследователите да разберат по-добре как турбулентните потоци взаимодействат с твърди структури.

„Изненадващо, системата се държа доста добре. Наблюдавахме плавно въртене на потоците и на свободно движещото се твърдо тяло.“

отбелязва Джан

Според техните открития, движението на турбулентни потоци, задвижвани от конвекция, в тандем с твърди тела може да се осъществява в две посоки – по посока на часовниковата стрелка и обратно на нея. Скоростта на съвместното въртене се увеличава с интензивността на конвекцията. Освен това, въртенето има способността понякога да променя посоката си, което се дължи на наличието на турбулентност.

„Изследването, вдъхновено от въртенето на вътрешното ядро на Земята при взаимодействието му с конвективното течно ядро улавя взаимодействието между турбулентен поток и свободно движещо се тяло. Резултатите потвърждават, че турбулентността може да бъде „укротена“ чрез взаимодействие с твърди тела. Това също така ни напомня, че силата на термичната конвекция може да играе важна роля във вътрешността на нашата планета.“

допълва Джан

Можете да прочетете цялото изследване в списание Proceedings of the National Academy of Sciences.