Вода, завързана на възел

Балончетата газ са по-леки от водата и мигновено биват всмукани към центъра на вортекса, като по този начин го правят видим. Снимка: Робърт Козлов

Балончетата газ са по-леки от водата и мигновено биват всмукани към центъра на вортекса, като по този начин го правят видим. Снимка: Робърт Козлов

Повече от век след възникването на идеята, физици най-после са установили как да завържат вода на възел в лабораторни условия. Постижението е докладвано на 3 март в Nature Physics.

Лорд Келвин (известен с това, че е определил точно градусите на абсолютната нула) предполага, че атомите са навързани „вортексни пръстени” – нещо като торнада, нагънати в затворени бримки. Според него флуидът е теоретичния „етер”, който по онова време се е считал за основен компонент на пространството, а всеки атом има свой характерен възел.

Тази интерпретация на периодичната таблица не стига далеч, но идеите на Келвин водят до развиването на математическата теория на възлите. А с времето учените разбират и че възлите играят важна роля в редица физични процеси.

Във физиката на елементарните частици, например, се предполага, че глуоните – елементарните частици, които свързват кварките при формирането на протони и неутрони – са стегнато навързани квантови полета. А скорошни изследвания демонстрират как отпускането на възли от магнитни полета помага за предаването на топлина на короната (външната атмосфера) на Слънцето. Това дава възможно обяснение за това защо плазмата в този регион е много по-гореща от тази на повърхността на Слънцето.

„Създаването на възел в течност никак не прилича на завързването на връзки на обувки”, обясняват Дъстин Клекнър и Уилиам Ървин, физици в Чикагския Университет. Трябва да се нагъне целия триизмерен обем на течността в ограничено пространство като водовъртеж.

Клекнър и Ървин успяват да създадат възли от водовъртежи, използвайки завихряния подобни на тези около самолетно крило. По време на полета на самолета, крилото предизвиква ротационно или завихрящо движение на въздушните течения. Когато неподвижно крило започне да се забързва, създава две въздушни завихряния, движещи се в обратни един на друг посоки.

Изследователите потопили малки „нагънати крила“ във вана с вода и засилили водата рязко, за да създадат възело-подобна структура. Клекнър и Ървин въвели в системата миниатюрни балончета, които били всмукани в центъра на огънатия водовъртеж.

Триизмерната подредба на балончетата била засечена чрез високоскоростен компютърен томограф, способен да сканира триизмерни образи на течността със скорост от 76,000 кадъра в секунда.

Илюстрации на различни видове възли: (a) триизмерна изкривена бримка; (b) "трилистен" възел; (c) двойка завързани пръстени;

Илюстрации на различни видове възли: (a) триизмерна изкривена бримка; (b) "трилистен" възел; (c) двойка завързани пръстени;

„Възлите от водовъртежи са идеален модел, който ще ни позволи да изследваме точния начин, по който възлите се развързват в реални физически условия”, коментира Ървин.

В интересното видео (на английски) по-долу можете да видите различни водовъртежни възли и да научите повече от самите автори:

Преведено с разрешението на Macmillan Publishers Ltd: [NATURE] (Physicists twist water into knots), Ron Kowen (2013).

Илюстрациите на различни възли са адаптирани с разрешението на Macmillan Publishers Ltd: [NATURE PHYSICS] (Creation and dynamics of knotted vortices), Dustin Kleckner, William T. M. Irvine (2013)

Последвай ни в социалните мрежи

Кликайки, ще ни помогнеш да продължим да пишем интересни новини. Благодарим!