Forskare från Higher School of Economics och Landau Institute for Theoretical Physics of Russian Academy of Sciences har undersökt hur virvelflöden penetrerar det inre av en vätska. Författarna till artikeln har visat att specifika (tunna flytande och olösliga) filmer på vattenytan förstärker virvelströmmar. Dessa strömmar produceras av de samverkande ytvågorna riktade i vinkel mot varandra. Resultaten av studien har publicerats i Fysiska granskningsvätskor .

Sedan urminnes tider, det har varit känt att filmer på ytan av en vätska påverkar dess rörelse. De gamla grekerna hällde en gång olja överbord för att lugna havet. Den resulterande oljefilmen ökade vertikala virvelflöden i ett tunt lager nära ytan, vilket resulterade i undertryckandet av amplituden av ytvågor.

Författarna till denna studie har för första gången visat att tunna flytande och olösliga filmer som presenteras på vattenytan också förstärker de horisontella virvelströmmarna. Dessa strömmar produceras av samverkan mellan ytvågor riktade i en vinkel mot varandra.

Forskarna tar hänsyn till två olinjära mekanismer som leder till generering av horisontella virvlar:Stokes drift och Euler vorticity. Tills nyligen, ingen hade tagit hänsyn till det senaste bidraget. Dock, om filmen täcker ytan på en vätska är det den ledande.

"Vid vågrörelsen, en vätskas viskositet leder till bildandet av vertikala virvelflöden koncentrerade i ett tunt lager nära ytan. Om två ortogonala vågor exciteras, då kommer de vertikala virvlarna som följer med den första vågen att vända något på grund av lutningen på ytan som skapas av den andra vågen, och vice versa. Som ett resultat, projiceringen av virvelrörelsen på horisontalplanet visas. Filmen på ytan av en vätska förstärker vertikala virvlar nära ytan, vilket leder till en ökning av horisontella virvelströmmar, " förklarar Vladimir Parfenyev, Docent vid Fysiska fakulteten vid Handelshögskolan.

Författarna till artikeln har fastställt att bidrag till horisontella virvelströmmar, på grund av Stokes drift och Euler virvel, beror på djupet i olika utsträckning. Båda termerna avtar exponentiellt på en skala av våglängdsordningen, men Stokes-driften förfaller snabbare. Det är, om du rör dig bort från ytan (djupare) till ett avstånd som är lika med våglängden, virvlarna kommer inte att synas. Dessutom, Stokes-driften kommer att försvinna tidigare - detta betyder att den Euleriska virveln alltid kommer att dominera på något djup, även om ytan på en vätska inte täcks av filmen.

Resultaten av studien kan tillämpas på många områden, från materialvetenskap till geofysik. Till exempel, det är möjligt att placera partiklar med specificerade egenskaper (elektriska, magnetisk, etc.) på vätskeytan och, genom att kontrollera deras rörelser, kontrollera gränssnittets egenskaper.

Inom geofysik, de erhållna resultaten kan användas i analysen av transport av föroreningar eller plankton nära havets yta. Vidare, forskarna säger att baserat på deras beräkningar, det är möjligt att utveckla en metod för att bestämma parametrar för en ytfilm, om de inte är kända från en priory.

Forskare från Higher School of Economics och Landau Institute for Theoretical Physics of Russian Academy of Sciences, Vladimir Parfenyev och Sergey Vergeles, tillsammans med kollegor från Institute of Solid State Physics vid Russian Academy of Sciences, testar för närvarande sina teoretiska förutsägelser. Författarna till studien hoppas att de erhållna resultaten kommer att förklara den onormalt höga intensiteten av virvelströmmar som observerats i laboratorieexperiment.