Türbülans doğanın her yerinde, ama ancak şimdi nihayet ortaya çıkıyor: aktif türbülansın evrensel doğası!
Türbülans kaotiktir, ancak evrensel istatistiksel özelliklere sahiptir Son yıllarda, bakteriyel süspansiyonlar, epitel hücre tek katmanları, biyopolimerler ve moleküler motor karışımları gibi aktif sıvılarda görünüşte türbülanslı akışlar bulunmuştur. Nature Physics dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada, Barselona Üniversitesi, Princeton Üniversitesi ve Fransız Teknoloji Enstitüsü'nden bilim adamları, aktif nematik sıvılardaki kaotik akışın benzersiz bir evrensel ölçekleme yasası ile tanımlanabileceğini buldular. .
Türbülans, yıldızlardaki plazma akışlarından, Dünya'daki büyük ölçekli atmosferik ve okyanus akımlarına ve uçakların neden olduğu hava akımlarına kadar doğada her yerde bulunur. Türbülans kaotiktir, sürekli ortaya çıkar ve daha küçük girdaplara bölünür. Bununla birlikte, bu karmaşık kaotik davranışı istatistiksel anlamda ele alırken, türbülans evrensel ölçeklendirme yasasını izler. Bu, türbülansın istatistiksel özelliklerinin türbülansın nasıl oluştuğu ve belirli bir sıvının özellikleri (viskozitesi ve yoğunluğu gibi) açısından bağımsız olduğu anlamına gelir.
Bilim adamları bu evrensel kavramı aktif akışkanlar bağlamında yeniden inceledi.Aktif türbülansta, akışlar ve girdaplar bazı dış faktörler (atmosferdeki sıcaklık gradyanları gibi) tarafından değil, aktif sıvılar tarafından üretilir. Kendisi tarafından üretilmiştir. Bu sıvıların aktivite özellikleri, örneğin bakteriyel yüzmeye veya moleküler motorların biyopolimerler üzerindeki etkisine bağlı olarak içlerinde kuvvet oluşturma yeteneklerine bağlıdır. Princeton Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı Ricard Alter şöyle açıkladı: Bu aktif kuvvetler yeterince güçlü olduğunda, sıvı, aktif süreç tarafından enjekte edilen enerjiden güç alarak kendiliğinden akmaya başlayacak.
Stres güçlü olduğunda, bu kendiliğinden akışlar, aktif türbülans adı verilen spontan vortekslerin kaotik bir karışımı haline gelecektir. Araştırmacılar, belirli bir aktif sıvı türüne odaklandı: iki boyutlu aktif nematik sıvı kristaller. Hücre tek tabakaları gibi deneysel sistemleri ve biyopolimerlerin ve moleküler motorların süspansiyonlarını açıklar. Büyük ölçekli simülasyonlar, aktif akışın, karakteristik boyutta düzensiz bir girdap modelinde organize edildiğini gösterir; akışların incelenmesi, girdapların karakteristik boyutundan çok daha büyüktür ve bu büyük ölçekli akışların istatistiksel özelliklerinin bariz bir ölçeklendirme yasasını izlediğini bulmuştur.
Barselona Üniversitesi Karmaşık Sistemler Enstitüsü'nden (UBICS) Profesör Jaume Casademut şunları söyledi: Bu ölçeklendirme yasasının evrensel olduğunu ve aktif sıvının belirli özellikleriyle hiçbir ilgisi olmadığını kanıtladık. Bu ölçeklendirme yasası, Andrei Kolmogorov'un aktif nematik sıvılarda 1941 klasik türbülans ölçekleme yasasına eşdeğerdir, ancak farklı bir üssü vardır. Bu, eylemsizlik içermeyen viskoz akışın ve aktif sıvının kendi kendini organize etme kuvvetinin birleşik etkisinin sonucudur.
Bu araştırmanın bir başka çarpıcı sonucu, belirli bir ölçekte, aktif kuvvet tarafından enjekte edilen tüm enerjinin aynı ölçekte viskoz etki tarafından dağıtılmasıdır. Bu nedenle, klasik türbülansın tam tersine, başka ölçeklere enerji aktarılamaz. Araştırmacılar ister simülasyon ister analizde olsun, minimum düzeyde aktif nematik sıvının belirli bir şekilde kendi kendine organize olacağını, böylece aktif enerji enjeksiyonunun her ölçekte enerji tüketimini doğru bir şekilde dengeleyeceğini kanıtladılar.
Brocade | Araştırma / Gönderen: Barselona Üniversitesi
Referans dergisi "Natural Physics"
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
Takip edin Bokeyuan Daha fazlasını görün Damei Universe Science
