Физики разобрались с поведением волн на сосульках
Физики из Университета Квебека на практике подтвердили предсказанные в теории законы поведения волн на сосульках.
Статья еще не принята к публикации в рецензируемом журнале, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.
Известно, что поверхность сосулек (особенно старых) часто не является ровной, а покрыта волнами. Несколько лет назад Казуто Уено, который в настоящее время трудится в Университете Квебека, построил теорию роста кристаллов под тонким слоем жидкости. Эту теорию, которая, среди прочего, применима для описания роста сталактитов и сталагмитов в пещерах, он применил для описания роста сосулек. В частности, Уено предполагал, что сосульки покрыты тонким слоем переохлажденной воды (то есть воды, температура которой ниже нуля градусов по Цельсию).
Используя математическое моделирование, а также серию экспериментов исследователям удалось подтвердить все основные выводы теории Уено. Исследователи установили, что в начале своей жизни поверхность сосульки гладкая. Воздействие внешних факторов вносит возмущения в ток жидкости по поверхности (в рамках работы исследователи рассматривали только действие гравитации, исключив, например, воздействие воздушных потоков), в результате чего формируются неровности. При этом, так как выпуклые части сосульки лучше излучают тепло, чем впадины между волнами, то выпуклости начинают интенсивно расти, и сосулька покрывается волнами.
При этом волны размещаются на сосульке не случайным образом. Во-первых, длина волны растет с уменьшением угла наклона поверхности сосульки. Во-вторых, длина волн мало зависит от количества поступающей воды, и, в-третьих, волны по сосульке должны ползти вверх со скоростью, равной примерно половине средней скорости роста. В отличие от качественного описания роста сосулек, три перечисленных закона были впервые подтверждены на практике.
По словам исследователей, в настоящее время они заняты модификацией теории с учетом действия воздушных потоков. В таком виде их результаты могут оказаться полезны, например, для предсказания появления льда на фюзеляже и крыльях самолетов.
|
