Давня загадка. Фізики наблизилися до розуміння того, як тече кров та інші дивні рідини

Фізики стали на один крок ближче до створення повноцінної математичної теорії, яка дає змогу передбачити, як тече кров та інші незвичайні рідини. Їхня дивна поведінка не дає спокою вченим багато десятиліть. Результати нового дослідження опубліковані в журналі Nature Communications, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Неньютонівська рідина — що це?

Коли на кров впливає раптова потужна сила, то вона злегка деформується і густіє, і перетворюється з рідкої водянистої субстанції на більш в'язку, майже тверду субстанцію. Також можна згадати приклад зі змішуванням кукурудзяного крохмалю і води. Якщо все це повільно перемішувати, але нічого дивного не буде, але якщо стиснути рукою субстанцію, то вона затвердіє і перетвориться на еластичну кульку. Якщо руку розтиснути, то субстанція знову потече, як рідина.

Усе вищеописане є прикладом неньютонівської рідини. Ці рідини не підкоряються закону в'язкості Ньютона і в них спостерігається дивний взаємозв'язок між прикладеною силою до рідини та деформацією, що виникла в результаті.

Невирішена проблема фізики

Неньютонівські рідини також показують хаотичний рух рідини, який називається еластичною турбулентністю. Вона виникає тільки в цих рідинах. Турбулентність перетворює впорядковану ламінарну течію на хаотичний, вируюче безладдя, що в промислових умовах ускладнює змішування або перекачування рідин. Зазвичай це відбувається, коли потік рідини має високу швидкість.

За словами авторів дослідження, опис турбулентності в її різних формах залишається однією з останніх невирішених проблем класичної фізики. У 90-х роках минулого століття фізики з'ясували, що у водних розчинах, які містять полімери, їхня еластичність під час розтягування та стиснення призводить до нестабільності ламінарної течії. На початку 2000-х років фізики виявили еластичну турбулентність, яка виникає, коли потік рідини має маленьку швидкість.

Вважається, що еластична турбулентність виникає в неньютонівських рідинах, які складаються з наддрібних частинок, полімерів або мікроскопічних клітин, через те, як ці частинки взаємодіють і рухаються. Без частинок у розчині явище зникає.

Новий прорив у фізиці

Фізики раніше вважали, що еластична турбулентність відрізняється від класичної турбулентності в ньютонівських рідинах. Але створене авторами дослідження моделювання показало, що ці два явища можуть мати більше спільного, ніж вважалося раніше. Науковці виміряли швидкість потоків неньютонівської рідини та вирахували різницю в трьох точках, а не в двох, як це зазвичай роблять під час вимірювання та вивчення класичної турбулентності.

Фізики з'ясували, що неньютонівські рідини з еластичною турбулентністю мають періодичні зміни швидкості під час повільнішого руху потоку. І це схоже на те, як поводяться ньютонівські рідини за великої швидкості течії. Це відкриття допомогло вченим зробити статистичні прогнози щодо того, як поводиться неньютонівська рідина.

За словами авторів, еластична турбулентність має універсальний закон розпаду енергії та поки що невідому переривчасту поведінку. Нові результати дають змогу поглянути на проблему еластичної турбулентності новим кутом.

Вчені вважають, що, якщо створити універсальну теорію, якщо це взагалі можливо, можна прогнозувати поведінку потоків рідин і проєктувати пристрої, які можуть змінювати змішування рідин. Це може бути корисно під час роботи з біологічними розчинами, такими як донорська кров і лімфатична рідина.

Також Фокус писав про те, що створено новий квантовий двигун, що працює на основі явища, яке висміював Ейнштейн. Квантова заплутаність збивала з пантелику фізиків протягом багатьох десятиліть, але тепер вчені довели, що вона може мати практичне застосування.