Российские ученые и их коллеги использовали компьютерное моделирование для объяснения поведения жидкостей, способных реагировать на магнитное поле. Под действием поля на их поверхности возникают волны, распространяющиеся в разных направлениях с неодинаковой скоростью. Похожее поведение отмечено у волн в атмосфере космических тел, поэтому модель поможет объяснить многие неизвестные процессы, протекающие в космической плазме. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Physical Review E.
Для любой жидкости характерно явление турбулентности — образование нелинейных волн на поверхности. При этом они распространяются вдоль всех направлений с одинаковой скоростью. Иначе ведут себя ферромагнитные жидкости в присутствии внешнего магнитного поля. Они представляют собой взвесь способных намагничиваться наночастиц. При действии магнитного поля скорость поверхностных волн ферромагнитной жидкости зависит от направления их распространения. Несмотря на то что это явление было открыто около десяти лет назад, оно по-прежнему недостаточно исследовано.
Ученые из Сколтеха, Института электрофизики УрО РАН и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН совместно с коллегами из Парижского университета Сите разработали компьютерную модель, описывающую распространение волн на поверхности ферромагнитной жидкости. Они рассматривали несжимаемую жидкость бесконечной глубины. Экспериментатор мог задать различные параметры модели, такие как вязкость, крутизна волны, сила магнитного поля и т. д.
Авторы показали, что распределение энергии на поверхности жидкости в отсутствие магнитного поля хорошо описывается уравнением турбулентности для поверхности обычной жидкости типа воды, а в случае сильного магнитного поля более подходящим является уравнение для жидкости с анизотропной турбулентностью.
Выяснилось, что свойства исследованной турбулентности очень близки к тем, какие проявляют жидкости в недрах звезд и магнитосферах планет-гигантов, таких как Юпитер. Для обоих случаев характерно анизотропное распространение волн, и при действии магнитного поля возникают возмущения поверхности, распространяющиеся перпендикулярно ему. Если поле достаточно сильное, это формирует резкие градиенты давления. Процесс напоминает появление корональных петель в солнечной атмосфере.
«Наша разработка будет полезна для исследований в области астрофизики в качестве системы, моделирующей сложные физические процессы, происходящие в космической плазме. Исследование также поможет в создании новых материалов с заданным микрорельефом поверхности и уровнем шероховатости. В дальнейшем мы планируем обобщить полученные результаты и перейти к точному подбору параметров внешнего магнитного поля под различные задачи. Это позволит управлять сложным турбулентным движением жидкостей», — рассказывает руководитель проекта Евгений Кочурин, старший научный сотрудник лаборатории нелинейной динамики Института электрофизики УрО РАН.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
