ПРОЯВ ВИХРОВОЇ ПОВЕДІНКИ РІДИН У РІЗНИХ ФІЗИЧНИХ ЕКСПЕРМЕНТАХ

Анотація

У статті надається різнобічний розгляд проявів вихрової поведінки рідин, які породжуються різними за своєю природою фізичними причинами. Проведений у роботі послідовний аналіз гідродинамічних систем демонструє, що нелінійна вихрова динаміка є невід’ємною і фундаментальною складовою руху рідини на різних просторових та часових масштабах. Розгляд включає низку ілюстративних прикладів, починаючи від класичного «маленького експерименту» Альберта Ейнштейна та меандрування русел рівнинних річок. Вказані, на перший погляд прості, явища регулюються спільними фізичними принципами, які є справедливими і для інших більш складних видів гідродинамічних нестійкостей. Особлива увага приділяється розвитку вихрової нестійкості Релея-Тейлора, яка характеризується взаємним «перевертанням» важкої і легкої компонент плинного середовища. Досліджується прояв цієї нестійкості в експериментах з лазерно-індукованою тепловою конвекцією та із формуванням структури типу «підводного кратера» при осіданні сипучого гранулярного матеріалу на дно контейнера з рідиною. Встановлення спільних універсальних особливостей вихрових збуджень, пов’язаних із ідеальними вихорами Гельмгольца, сприяє формуванню єдиної точки зору для розгляду вказаних вище гідродинамічних ефектів. Такий теоретичний підхід є придатним до застосування при аналітичному розгляді широкого спектру фізичних явищ, які спостерігаються як у звичайних природних умовах, так і при постановці лабораторних експериментів, від мікроскопічного теплового оптичного самодефокусування до формування волокнистої структури типу розподілу залишків вибуху наднової у астрономічній Крабоподібній туманності.