فیزیک

نتایج یک مطالعه جدید می‌تواند در نهایت “جدول زمانی” را برای آشفتگی به ما ارائه دهد

نتایج یک مطالعه جدید می‌تواند در نهایت “جدول زمانی” را برای آشفتگی به ما ارائه دهد

با فیزیک مناسب، می‌توان جعبه‌ای از مدارها را در سراسر منظومه شمسی با دقت دقیق منفجر کرد تا به یک سبیل از جهان‌های دور دست برود.

اما مقداری شیر را در چای خود هم بزنید و بهترین کاری که فیزیکدانان می توانند انجام دهند این است که انواع الگوهایی را که در نوشابه می چرخند، حدس بزنند.

سیالات تا آنجا که علم می گوید واقعاً عناصر آشفته ای هستند، اما یک روش جدید برای محاسبه حرکت آنها می تواند به زودی جریان آنها را بسیار قابل پیش بینی تر می کند.

نه تنها دانشمندان می توانند از این برای بهبود درک ما از هیدرودینامیک استفاده کنند، بلکه می تواند همه چیز را از پیش بینی آب و هوا گرفته تا طراحی خودرو بسیار دقیق تر کند.

>فیزیکدانان مؤسسه فناوری جورجیا نشان داده‌اند که می‌توان لحظاتی را شناسایی کرد که تلاطم الگوهای قابل اندازه‌گیری را منعکس می‌کند، و به طور مؤثر سوسوهایی با نظم ریاضی تعیین‌شده در هیاهو را پیدا می‌کند.

“نزدیک به یک قرن، تلاطم به صورت آماری توصیف شده است. به عنوان یک فرآیند تصادفی،” می گوید رومن گریگوریف، فیزیکدان فناوری جورجیا.

“نتایج ما اولین تصویر تجربی را ارائه می دهد که، در در مقیاس‌های زمانی مناسب، دینامیک تلاطم قطعی است – و آن را به معادلات حاکم قطعی زیربنایی مرتبط می‌کند.”

پیش‌بینی تلاطم مشکل است عمدتاً به دلیل شکل‌گیری گرداب‌های کوچک یا گرداب‌ها در یک سیال. هنگامی که مواد در یک خط مستقیم در یک جریان صاف جریان می یابد، پیش بینی سرعت و مسیر حرکت آن آسان است. اگر هر مسیری در جریان کند شود، شاید با کشیده شدن در امتداد سطحی کمتر متحرک، سیال روی خودش خم شود.

با هر جریان پیچ‌خوردگی جدید، سطح جدیدی تشکیل می‌شود که می‌تواند گرداب‌های جدیدی ایجاد کند.

فقط برای پیچیده‌تر کردن آن، هر گردابی به میل تعدادی از عوامل – از فشار گرفته تا ویسکوزیته – رفتار می‌کند و به سرعت به طوفانی در فنجان چای اضافه می‌شود که هیچ رایانه‌ای نمی‌تواند امیدوار باشد که آن را پیگیری کند. .

از نزدیک، همه چیز خیلی تصادفی به نظر می رسد. یک قدم به عقب بردارید، و آمار نشان می دهد که روند کلی به طور محکم در همان قوانین قدیمی که بر هر جسم متحرک دیگری در کیهان حاکم است، تعبیه شده است.

“تلاطم را می توان به عنوان خودرویی در نظر گرفت که دنباله ای را دنبال می کند. از جاده ها،” می گوید گریگوریف.

“شاید حتی قیاس بهتر قطاری است که نه تنها از یک راه آهن بر اساس جدول زمانی تعیین شده پیروی می کند، بلکه شکلی مشابه راه آهنی دارد که دنبال می کند.”

همانطور که در مورد راه آهن مشابه ما، می توان تلاطم را به این صورت توصیف کرد. یا شبیه سازی عددی یا از طریق مدل های فیزیکی. و همانطور که جدول زمانی قطار برای به کار انداختن شما به موقع مفید است، اگر می‌خواهید پیش‌بینی‌های قابل اعتمادی داشته باشید، پایبندی به یک رویکرد ریاضی برای تلاطم تنها راه است.

متاسفانه، همه این اعداد می‌توانند به سرعت انجام شوند. جمع کنید و محاسبات را پرهزینه کنید.

برای اینکه ببینند آیا راهی برای ساده‌سازی پیش‌بینی‌ها وجود دارد، تیم مخزنی با دیواره‌های شفاف و سیال حاوی ذرات ریز فلورسنت راه‌اندازی کرد. هدایت سیال بین یک جفت استوانه در حال چرخش مستقل و پیگیری محتویات درخشان مانند تماشای قطارهایی بود که در زمان واقعی در ایستگاه می چرخیدند.

با این حال، محققان در واقع باید ابتدا جدول زمانی ارائه می کردند و می دیدند. کدام یک شبیه چیزی بود که می دیدند.

انجام این کار شامل راه حل های محاسباتی برای مجموعه ای از معادلات که نزدیک به ۲۰۰ سال پیش ابداع شد. با تراز کردن آزمایش با نتایج ریاضی، تیم می‌تواند تشخیص دهد که چه زمانی الگوهای خاصی از تلاطم به نام ساختارهای منسجم ظاهر می‌شوند.

در حالی که آنها به طور منظم در سیالات متحرک ایجاد می‌شوند، زمان‌بندی ساختارهای منسجم غیرقابل پیش‌بینی است. در این چیدمان خاص، ساختارهای منسجم به یک الگوی شبه تناوبی متشکل از دو فرکانس پایبند بودند – یکی حول محور تقارن جریان، دیگری بر اساس مجموعه دیگری از جابه‌جایی‌ها در جریان اطراف.

 <.>

اگرچه این دقیقاً مجموعه ساده‌ای از معادلات نیست که بتواند تلاطم را در همه اشکال آن توصیف کند، نقشی را که ساختارهای منسجم می‌توانند در قابل پیش‌بینی‌تر کردن آن‌ها ایفا کنند، نشان می‌دهد.

با گسترش این موضوع. تحقیقات آینده می‌تواند «جدول‌های زمانی» تلاطم آنها را پویاتر کند، و آنها را با جزئیات بیشتر از میانگین‌های آماری توصیف کند.

“این می‌تواند به ما این توانایی را بدهد که دقت پیش‌بینی‌های آب‌وهوا را به‌طور چشمگیری بهبود بخشیم، می گوید گریگوریف، مهم ترین آن، فعال کردن پیش بینی رویدادهای شدید مانند طوفان ها و گردبادها است.

“چارچوب پویا نیز برای توانایی ما در مهندسی جریان های wi ضروری است خواص مورد نظر، به عنوان مثال، کاهش کشش اطراف خودروها برای بهبود بهره وری سوخت، یا افزایش حمل و نقل انبوه برای کمک به حذف بیشتر دی اکسید کربن از اتمسفر در صنعت در حال ظهور جذب مستقیم هوا.”

حتی ممکن است در نهایت نشان دهد. شما انتظار دارید چه چیزی را در فنجان چای بعدی خود ببینید.

این تحقیق در PNAS.

محمدرضا حفظی

رنجیدم ولی تهش خیلی شیک خندیدم گول اونایی که تظاهر میکنن رو نخور چون پشت سفیدی ،سیاهی قرار داره

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا