تجربة الفيزياء المستوحاة من نواة الأرض تؤدي إلى اكتشاف رائد في اضطراب تدفق السوائل

اكتشف الفيزيائيون جانبًا جديدًا للحمل الحراري المضطرب ، مما يدل على أنه يمكن أن يتسبب في دوران مادة صلبة داخل السائل تتحرك بحرية في اتجاهين ، وفي بعض الأحيان تتحول بسبب الاضطراب. هذا البحث ، الذي له آثار على فهم تدفق السوائل من لب الأرض إلى الماء المغلي ، يسلط الضوء أيضًا على الدور الرئيسي الذي قد يلعبه الحمل الحراري داخل الأرض وإمكانية التحكم في الاضطراب عن طريق التفاعل مع المواد الصلبة.

تأخذ التدفقات المضطربة تدورًا مفاجئًا في تجربة مستوحاة من لب الأرض.

اكتشف فريق من علماء الفيزياء دورًا جديدًا لنوع معين من الاضطراب – وهو اكتشاف يلقي الضوء على تدفقات السوائل التي تتراوح من لب الأرض السائل إلى الماء المغلي.

البحث الذي يظهر في المجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، تتمحور حول الحمل الحراري المضطرب – حركة السوائل عند تسخينها من الأسفل.

يقول جون تشانغ ، أستاذ الرياضيات والفيزياء في[{” attribute=””>New York University and NYU Shanghai, the paper’s senior author.

The study, which also included Kaizhe Wang, a researcher in NYU’s Department of Physics, focused specifically on Rayleigh–Bénard convection—a type of convection driven by temperature differences.

Turbulence Flows Cylindrical Container

A recent experimental study, inspired by the super-rotation of the Earth’s solid core, shows when turbulence flows contained in a cylinder interact with a free body a surprisingly smooth rotation is observed. The red (warm) and blue (cold) ribbons represent water flows. Credit: Kaizhe Wang and Jun Zhang

In their experiments, conducted in the Joint Research Institute of NYU Shanghai, the paper’s authors used a cylindrical container filled with water, then heated it from the bottom, creating convective flows. The resulting turbulent flows interacted with a suspended solid (a rectangular panel) that moved freely inside the container—a setting that allowed the researchers to better study how turbulent flows interact with solid structures within.

“Surprisingly, the system becomes somewhat well-behaved,” notes Zhang. “We observed a smooth rotation of the flows and the free solid.”

Their results showed that turbulent convection-powered flows, together with the solid, can move in two directions—one clockwise and the other counterclockwise—with the co-rotational speed increasing with the intensity of the convection. More than that, their rotation can sometimes switch directions, caused by the turbulence.

“The research, inspired by the rotation of Earth’s inner core as it interacts with the convective liquid core, captures the interaction between a turbulent flow and a freely moving body within the flow,” explains Zhang. “The findings confirm that turbulence can be tamed by interacting with solids. It also reminds us that the power of thermal convection might play more important roles inside our planet Earth.”

Reference: “Persistent corotation of the large-scale flow of thermal convection and an immersed free body” by Kaizhe Wang and Jun Zhang, 15 May 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2217705120

READ  يقوم مسبار باركر الشمسي التابع لناسا بإجراء عملية رصد هي الأولى من نوعها ضمن طرد كتلي إكليلي

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *