Вернер Гейзенберг получил Нобелевскую премию 1932 года за помощь в создании области квантовой механики и разработку основополагающих идей, таких как копенгагенская интерпретация и принцип неопределенности. Рассказывают, что однажды он сказал, что, если бы ему разрешили задать Богу два вопроса, они были бы: «Почему квантовая механика? А почему турбулентность? » Предположительно, он был почти уверен, что Бог сможет ответить на первый вопрос. Увеличить / Вернер Гейзенберг.

Цитата может быть апокрифической, и существуют разные версии.Тем не менее, верно, что Гейзенберг в течение нескольких лет бился головой о проблеме турбулентности.

Его научный руководитель, Арнольд Зоммерфельд, поручил проблему турбулентности Гейзенбергу просто потому, что он считал, что никто из других его учеников не справится с этой задачей — и в этот список студентов входили будущие светила, такие как Вольфганг Паули и Ганс Бете. Но огромные математические навыки Гейзенберга, позволившие ему добиться смелых успехов в квантовой механике, дали ему лишь частичный и ограниченный успех в области турбулентности.

Спустя почти 90 лет попытки понять и предсказать турбулентность по-прежнему имеют огромное практическое значение. Факторы турбулентности в конструкции большей части наших технологий, от самолетов до трубопроводов, также влияют на предсказание важных природных явлений, таких как погода. Но из-за того, что наше понимание турбулентности с течением времени оставалось в значительной степени ситуативным и ограниченным, разработка технологий, которые существенно взаимодействуют с потоками жидкости, долгое время были вынуждены быть консервативными и постепенными.Если бы мы только стали хозяевами этого вездесущего явления природы, эти технологии могли бы свободно развиваться в более творческих направлениях.

Неопределенное определение

Вот момент, в котором вы можете ожидать, что мы объясним турбулентность, якобы предмет статьи. К сожалению, физики до сих пор не пришли к единому мнению о том, как это определить. Это не так плохо, как «Я знаю это, когда вижу», но это также не самая лучшая идея в физике.

Итак, пока мы ограничимся одним общим понятием, а позже попытаемся уточнить его.Общая идея состоит в том, что турбулентность включает сложное хаотическое движение жидкости . «Жидкость» в физике — это все, что течет, включая жидкости, газы и иногда даже гранулированные материалы, такие как песок.

Турбулентность окружает нас повсюду, но обычно она невидима. Просто помашите рукой перед лицом, и вы создадите невероятно сложные движения в воздухе, даже если вы этого не видите. Движение жидкостей обычно скрыто от органов чувств, за исключением границы раздела жидкостей, которые имеют разные оптические свойства.Например, вы можете видеть водовороты и водовороты на поверхности ручья, но не узоры движения под поверхностью. История прогресса в гидродинамике тесно связана с историей экспериментальных методов визуализации потоков. Но задолго до появления современных технологий датчиков потока и высокоскоростного видео были те, кто был очарован разнообразием и богатством сложных схем потока.

Для того, чтобы турбулентность считалась решенной проблемой в физике, нам необходимо продемонстрировать, что мы можем начать с основного уравнения, описывающего движение жидкости, а затем решить его, чтобы предсказать, как жидкость будет двигаться в любом конкретном наборе. условий.То, что мы не можем этого сделать, является основной причиной того, что многие физики считают турбулентность нерешенной проблемой.

Я говорю «многие», потому что некоторые думают, что нужно считать решенным, по крайней мере в принципе. Их аргумент состоит в том, что расчет турбулентных потоков — это всего лишь приложение законов движения Ньютона, хотя и очень сложное; мы уже знаем законы Ньютона, поэтому все остальное — просто детали. Естественно, я придерживаюсь противоположной точки зрения: доказательство кроется в пудинге, а этот конкретный пудинг еще не получился.

Отсутствие полной и удовлетворительной теории турбулентности, основанной на классической физике, даже привело к предположениям о том, что полное описание требует некоторых квантово-механических компонентов: это мнение меньшинства, но его нельзя сбрасывать со счетов.

Примером того, почему турбулентность считается нерешенной проблемой, является то, что мы, как правило, не можем предсказать скорость, с которой упорядоченный, нетурбулентный («ламинарный») поток перейдет в турбулентный поток. Мы можем неплохо справиться с некоторыми частными случаями — это была одна из проблем, с которой Гейзенберг добился определенного успеха, — но в целом наши практические правила предсказания скоростей перехода представляют собой резюме экспериментов и инженерного опыта. Увеличить / В природе существует множество явлений, которые иллюстрируют часто внезапный переход от спокойного, упорядоченного течения к турбулентному течению.

Переход к турбулентности. Предоставлено: доктор Гэри Сеттлс (CC-BY-SA 3.0)

Этот рисунок справа является хорошей иллюстрацией этого явления перехода. Он показывает горячий воздух, поднимающийся от пламени свечи, с использованием техники визуализации 19 ^– веков, которая заставляет газы разной плотности выглядеть по-разному. Здесь воздух, нагретый свечой, менее плотный, чем окружающая атмосфера.

В качестве другого явления бурного перехода, знакомого всем, кто часто бывает на пляже, рассмотрим мягкие, катящиеся океанские волны, которые становятся сложными и пенистыми по мере приближения к берегу и «разбиваются». В открытом океане ветровые волны также могут ломаться, если скорость ветра высока или если несколько волн объединяются, образуя более крупную.

Еще одно наглядное пособие: в японской живописи существует многовековая традиция изображения бурных, разбивающихся океанских волн. На этих картинах волны — не просто часть пейзажа, а его основные сюжеты.Эти художники, казалось, были в основном озабочены передачей красоты и ужасающей силы явления, а не систематическим изучением природы, как Леонардо. Одним из самых известных японских произведений искусства и ярким примером этого жанра является гравюра Хокусая «Большая волна», опубликованная в 1831 году.

«Большая волна» Хокусая.

В качестве последней причины рассматривать турбулентность как нерешенную проблему, турбулентные потоки демонстрируют широкий спектр интересного поведения во времени и пространстве.Большинство из них были обнаружены путем измерений, а не предсказаны, и для них до сих пор нет удовлетворительного теоретического объяснения.

11 класс | Физика | Куллабы

• Дом
• Классы
  • 6 класс 7 класс 8 класс 9 класс 10 класс 11 класс 12 Дополнительные ссылки другие

    Предметы

    • Социальные исследования
    Просмотреть все предметы

    Предметы

    • Наука
    • Профессия, бизнес и amp; Технологическое образование
    • Непальский
    • Гражданское и нравственное воспитание
    • Обязательная математика
    • Социальные науки
    • Математика по выбору
    • Здоровье и физическое воспитание
    Просмотреть все предметы

    Предметы

    • Наука
    • Социальные исследования и народонаселение
    Обязательная математика
    • Английский язык
    • Компьютер
    • Математика по выбору
    • Непальский
    • Здоровье и физическое воспитание
    • Бухгалтерский учет
    Просмотреть все предметы

    Предметы

    • Наука
    • Здравоохранение Социальные исследования
    • Обязательная математика и население
    • Бухгалтерский учет
    • Компьютер
    • Английский язык
    • Дополнительная математика
    • नेपाली
    • Грамматика
    Просмотреть все предметы

    Предметы

    • Наука
    • Социальные исследования
    • Дополнительный математический matics
    • EPH
    • Обязательная математика
    • Бухгалтерский учет
    • Английский
    • Информатика
    • Непальский
    Просмотреть все предметы

    Предметы

    • Физика
    • Экономика
    • Информатика
    • Бизнес-образование
    • Химия Английский язык
    • Непальский
    • Массовые коммуникации
    • Гостиничный менеджмент
    • Математика
    • Путешествия и туризм
    • Социология
    • Принципы бухгалтерского учета
    • Биология
    Просмотреть все предметы

    Предметы

    • Физика
    33
    10
  .