Давняя загадка. Физики приблизились к понимают того, как течет кровь и другие странные жидкости

Физики стали на один шаг ближе к созданию полноценной математической теории, которая позволяет предсказать, как течет кровь и другие необычные жидкости. Их странное поведение не дает покоя ученым многие десятилетия. Результаты нового исследования опубликованы в журнале Nature Communications, пишет ScienceAlert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Неньютоновская жидкость – что это?

Когда на кровь влияет внезапная мощная сила, то она слегка деформируется и густеет, и превращается из жидкой водянистой субстанции в более вязкую, почти твердую субстанцию. Также можно вспомнить пример со смешиванием кукурузного крахмала и воды. Если все это медленно перемешивать, но ничего странного не будет, но если сжать рукой субстанцию, то она затвердеет и превратится в эластичный шарик. Если руку разжать, то субстанция снова потечет, как жидкость.

Все вышеописанное является примером неньютоновской жидкости. Эти жидкости не починяются закону вязкости Ньютона и у них наблюдается странная взаимосвязь между приложенной силой к жидкости и возникшей в результате деформацией.

Нерешенная проблема физики

Неньютоновские жидкости также показывают хаотическое движение жидкости, которое называется эластичной турбулентностью. Она возникает только в этих жидкостях. Турбулентность превращает упорядоченное ламинарное течение в хаотичный, бурлящий беспорядок, который в промышленных условиях затрудняет смешивание или перекачку жидкостей. Обычно это происходит, когда поток жидкости имеет высокую скорость.

По словам авторов исследования, описание турбулентности в ее различных формах остается одной из последних нерешенных проблем классической физики. В 90-х годах прошлого века физики выяснили, что в водных растворах, которые содержат полимеры, их эластичность при растягивании и сжатии приводит к нестабильности ламинарного течения. В начале 2000-х годов физики обнаружили эластичную турбулентность, которая возникает, когда поток жидкости имеет маленькую скорость.

Считается, что эластичная турбулентность возникает в неньютоновских жидкостях, которые состоят из сверхмелких частиц, полимеров или микроскопических клеток, из-за того, как эти частицы взаимодействуют и движутся. Без частиц в растворе явление исчезает.

Новый прорыв в физике

Физики ранее считали, что эластичная турбулентность отличается от классической турбулентности в ньютоновских жидкостях. Но созданное авторами исследования моделирование показало, что эти два явления могут иметь больше общего, чем считалось ранее. Ученые измерили скорость потоков неньютоновской жидкости и вычислили разницу в трех точках, а не в двух, как это обычно делают при измерении и изучении классической турбулентности.

Физики выяснили, что неньютоновские жидкости с эластичной турбулентностью имеют периодические изменения скорости при более медленном движении потока. И это похоже на то, как ведут себя ньютоновские жидкости при большой скорости течения. Это открытие помогло ученым сделать статистические прогнозы относительно того, как ведет себя неньютоновская жидкость.

По словам авторов, эластичная турбулентность имеет универсальный закон распада энергии и пока неизвестное прерывистое поведение. Новые результаты позволяют взглянуть на проблему эластичной турбулентности новым углом.

Ученые считают, что, если создать универсальную теорию, если это вообще возможно, можно прогнозировать поведение потоков жидкостей и проектировать устройства, которые могут изменять смешивание жидкостей. Это может быть полезно при работе с биологическими растворами, такими как донорская кровь и лимфатическая жидкость.

Также Фокус писал о том, что создан новый квантовый двигатель, работающий на основе явления, которое высмеивал Эйнштейн. Квантовая запутанность сбивала с толку физиков на протяжении многих десятилетий, но теперь ученые доказали, что она может иметь практическое применение.