Трикритическая направленная перколяция управляет ламинарно-турбулентным переходом в трубах с объёмными силами

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего Гуру К. Джаясингх и Найджел Голденфельд предсказали, что при достаточной кривизне трубы переход из ламинарного режима течения в турбулентный может стать прерывистым, при этом турбулентная фракция претерпевает скачок, превышающий критическую скорость потока. Этот скачок математически аналогичен тому, как вода может внезапно и прерывисто превращаться в лёд при охлаждении ниже точки замерзания. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Холодная самосмазка скользящего льда

Новое исследование, проведенное в Саарландском университете, показывает, что причиной скольжения на льду является не давление или трение, а взаимодействие между молекулярными диполями во льду и диполями на контактирующей поверхности (подошве обуви). При температуре ниже нуля градусов Цельсия молекулы воды (H₂O) выстраиваются в высокоупорядоченную кристаллическую решётку, в которой все молекулы аккуратно выстроены друг относительно друга и создают прочную кристаллическую структуру. При контакте верхний слой молекул разрушается не под действием давления или трения обуви, а из-за ориентации диполей в подошве обуви, взаимодействующих с диполями во льду. Ранее упорядоченная структура внезапно становится беспорядочной. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Звуковые моды, подобные сверхтвердым, в движущемся квантовом газе

В повседневной жизни вся материя существует в газообразном, жидком или твёрдом состоянии. Однако в квантовой механике возможно одновременное существование двух различных состояний. Например, ультрахолодная квантовая система может проявлять свойства как жидкости, так и твёрдого тела одновременно. Исследовательская группа «Синтетические квантовые системы» Гейдельбергского университета продемонстрировала это явление, используя новый экспериментальный подход, подавая небольшое количество энергии в сверхтекучую жидкость. Было показано, что в управляемой квантовой системе такого типа звуковые волны распространяются с двумя разными скоростями, что указывает на сосуществование жидкого и твердого состояний — отличительный признак сверхтвердости. Работа опубликована в журнале Nature Physics.

Универсальный метод позволяет рассчитать энтропию для жидкостей

Инновационный метод, разработанный в Университете Осаки, позволяет рассчитывать энтропию жидкостей, неэмпирически, используя в качестве входных данных только атомный состав. Статья опубликована в журнале Journal of Physics: Condensed Matter. Учёные использовали компьютерное моделирование, основанное на фундаментальных физических принципах (теория функционала плотности), для моделирования атомных взаимодействий в жидкости. По итогу смогли точно предсказать энтропию, не полагаясь на эмпирические измерения. Этот подход был подтвержден существующими экспериментальными данными для различных жидкостей, продемонстрировав замечательную согласованность. Метод успешно предсказал энтропию жидкого натрия с высокой точностью, совпадая с экспериментальными данными в диапазоне температур, в том числе выше точки плавления.

Динамика потока жидкости на (и вне) наклонных волокнах

Конструкция сеток, используемых для сбора чистой воды из тумана или росы, где ее количество ограничено, основана на понимании того, как вода конденсируется на волокнах и попадает в сборные резервуары. Атефе Пур Карими, аспирантка Института тепло- и массообмена Ахенского университета (Германия), а также ее руководители и коллеги подробно проанализировали динамику этого типа потока и опубликовали свои выводы в разделе "Специальные темы" Европейского физического журнала.

Колебания давления жидкостей при кратковременном ускорении

Исследовательская группа из Японии разработала унифицированную модель для масштабирования развития переходного давления в одномерном потоке. Это достижение даёт лучшее понимание того, как поля давления формируются в замкнутой системе жидкости для различных ситуаций ускорения, что может быть применимо к проблемам удара, связанным с биомеханикой, таким как травмы человеческого мозга, вызванные физическим контактом. Исследование опубликовано в журнале Journal of Fluid Mechanics.

Экспериментальная идентификация топологических дефектов в коллоидном стекле 2D

Благодаря особым методам численного анализа, применяемым для обработки экспериментальных данных видеомикроскопии, физикам удалось четко идентифицировать топологические дефекты в аморфном коллоидном стекле, созданном в лабораторных условиях путем случайной сборки магнитных коллоидных частиц. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications. Взаимодействие между частицами тонко настраивалось внешним магнитным полем.

Анализ собственных колебаний усеченных конических оболочек, частично заполненных жидкостью

Ученые Лаборатории функциональных материалов Института механики сплошных сред добились значительных успехов в понимании динамики жидких структур. Их исследование, опубликованное в Международном журнале динамики механических систем, изучает вибрационное поведение конических оболочек, закладывая основу для достижений в области инженерного проектирования и безопасности. В работе классическая теория оболочек и акустические приближения используются для анализа вибрационного поведения усеченных конических оболочек, частично заполненных идеальной сжимаемой жидкостью. Динамическое поведение этих структур моделируется с помощью системы обыкновенных дифференциальных уравнений, решаемых с использованием обобщенного метода дифференциальных квадратур и метода ортогональной прогонки Годунова. Исследование определяет, как уровни жидкости и углы конуса влияют на собственные частоты оболочек при различных граничных условиях, включая конфигурации с простой опорой, жесткой заделкой и консольные конфигурации. Численный анализ показывает, что определенные конфигурации могут достигать более высоких собственных частот, чем эквивалентные цилиндрические оболочки.

Экспериментальное исследование полей потока вблизи движущейся линии контакта жидкость-жидкость

В исследовании, опубликованном в Европейском физическом журнале Special Topics, Хариш Диксит из Индийского технологического института Хайдарабада и его коллеги изучают движение линии контакта, образующейся на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей и твердого тела. Эксперименты заполняют пробел в гидродинамике и предлагают механизм наложенных граничных условий, который ускользает от математического описания. Учёные заполнили прямоугольный резервуар двумя слоями жидкости — силиконовым маслом поверх сахарной воды — с одинаковой плотностью, но значительно разной вязкостью. Исследователи поместили предметное стекло на край резервуара, которое они могли перемещать вертикально, создавая движущуюся линию контакта. Используя технику, которая отслеживает крошечные частицы, попавшие в жидкости и освещенные лазерным светом, исследователи одновременно нанесли на карту поле потока по обе стороны границы раздела жидкость-жидкость, перемещая предметное стекло. Они обнаружили, что скорости потока быстро уменьшались вблизи линии контакта. Кроме того, граница раздела жидкости, казалось, скользила по движущемуся предметному стеклу, а не оставалась прижатой к нему, что устраняло кажущуюся «сингулярность» в моделях, которые накладывают граничные условия, препятствующие скольжению, на движущейся стенке.

Впервые обнаружен термоэлектрический эффект между двумя жидкими материалами

Трио физиков из Университета Сорбонны во Франции впервые наблюдали термоэлектрический эффект между двумя жидкими материалами. В своем исследовании, опубликованном в «Трудах Национальной академии наук», Марлон Верне, Стефан Фов и Кристоф Гиссинджер соединили два типа жидких металлов вместе при комнатной температуре и подвергли их воздействию температурного градиента. Окружающая среда представляла собой цилиндр с еще одним цилиндром меньшего размера в центре. Исследователи вылили жидкую ртуть во внешний цилиндр, а затем вылили на него жидкий галлий. Галлий плавал, потому что он был легче. Затем они добавили охлаждающее устройство для охлаждения внешних стенок внешнего цилиндра и нагревательное устройство для нагрева стенок внутреннего цилиндра. Это привело к температурному градиенту между двумя металлами. Затем команда вставила провод во внешний цилиндр в место встречи двух металлов — другой конец был подключен к устройству для измерения электричества. Исследователи обнаружили, что добавление температурного градиента привело к термоэлектрическому эффекту на границе раздела двух жидких металлов. Они также обнаружили, что он был турбулентным — ток бежал по петле от горячей части цилиндра к холодной части.