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初次观察到流体共振频率的安稳环面?

拉罗什试验室、巴黎迪德罗大学和里昂大学的一组科学家,搜集了安稳流体环面共振频率的第一次丈量成果,用来搜集这些观测的办法,在宣布在《物理谈论快报》上的研讨论文中概述了可以对涡环中瞬时呈现的各种大规模结构…

拉罗什试验室、巴黎迪德罗大学和里昂大学的一组科学家,搜集了安稳流体环面共振频率的第一次丈量成果,用来搜集这些观测的办法,在宣布在《物理谈论快报》上的研讨论文中概述了可以对涡环中瞬时呈现的各种大规模结构进行建模。涡环是环状漩涡,可以在各种设置下呈现在液体和气体中。在自然界中,有几个这样的涡环的比如,包含潜水员或海豚发生的水下气泡环,烟环和人类心脏中的血环,进行这项研讨的研讨人员之一埃里克·法尔肯(Eric Falcon)表明:

虽然现已证明,涡环的动力学由其外围的大型结构主导,但操控它们呈现的机制,还没有得到很好的了解,这在很大程度上反映了在操控杰出条件下发生安稳液体环面的试验困难,正是在这种情况下,研讨人员期望使流体环安稳。物理学家Hermann von Helmholtz首要对涡环进行了深入分析。从那时起,几位研讨人员一直在广泛研讨它们的构成,动力学和磕碰。曩昔的研讨发现,在试验室环境中,经过将流体推出孔外,经过将固体盘撞击到停止的流体中,或许当液体滴落到另一种液体中时,可以在试验室环境中发生时刻短的涡流环。

但是,在这些试验中发生的液环很快就变得不安稳并分解成独自的液滴。漩涡环,就像烟环相同,在自然界中无处不在,但它们的动力学还没有被很好地了解,部分原因是它们的瞬态性质。在研讨中,可以运用液态金属安稳地发生一个流体环(或环面),这使科学家们可以研讨流体环面反响的频率。为了构成一个不会跟着时刻敏捷消失的安稳流体环面,研讨人员运用了水银,一种不会湿润与之触摸的外表液态金属。研讨人员在一个固体圆柱体的外围注入汞,这构成了一个安稳的液体环。

实心圆柱体避免了圆环内周缘的崎岖,否则将没有约束来最小化其外表。这项新技术使研讨人员可以对遭到振荡的流体圆环共振频率进行第一次丈量:液体环看到振荡呈现在其外周,这些波瓣形状的图画在某些所谓的共振频率下被扩大。调查到的液体圆环外径约为4厘米,其纵横比大约是典型糖块甜甜圈的两倍,发明的流体环坐落笔直振荡的平板上,其频率和振幅别离低于65 Hz和0.5 mm。与这种振荡相对应的加速度,低于地球重力加速度的一半。

研讨人员运用一种依据激光的光学丈量办法来准确丈量环面外周的水平振荡。还可以运用直接放置在液环上方的相机来完成对旋涡的直接可视化。运用这种准确的光学办法,跟着振荡频率的添加,可以调查到多达25个波瓣呈现在环的外围,而且可以表征相应的不安稳区域。搜集了调查成果,研讨人员企图依据现有的物理理论来解说它们。比较试验成果,成功地将瑞利勋爵在1879年提出的一般液滴模型应用于流体环面,丈量也能让研讨人员直接揣度圆环体的几许特点。

研讨人员搜集的共同丈量成果,或许会对流体力学和物理研讨的其他范畴发生一些风趣影响。例如,该办法可以用来模拟在各个范畴研讨涡环中瞬时呈现的大规模结构,包含等离子体物理、生物物理或地球物理。在不久的将来,该试验很简单修正,以消除固体内部约束(被环形电位替代),并在液体环的南北极之间施加旋转流(”极向涡度“),只需对液态金属施加电磁力即可。这样的装备应该可以更准确地提醒自然界调查到涡环中这些大规模瞬态结构的来源。

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