1
00:00:06,710 --> 00:00:10,550
Вы летите на самолёте,
как вдруг ощущаете внезапный толчок.

2
00:00:10,550 --> 00:00:13,260
За окном вроде бы ничего не происходит,

3
00:00:13,260 --> 00:00:17,320
но самолёт, а вместе с ним вас
и других пассажиров начинает трясти,

4
00:00:17,320 --> 00:00:21,460
ведь он пролетает через зону
турбулентности в атмосфере.

5
00:00:21,460 --> 00:00:23,929
Вряд ли вас это успокоит,

6
00:00:23,929 --> 00:00:28,339
но данное явление — одна
из неразгаданных тайн физики.

7
00:00:28,339 --> 00:00:31,283
Спустя почти век
с начала изучения турбулентности

8
00:00:31,283 --> 00:00:34,473
нам удалось получить лишь
немного ответов на вопрос о природе

9
00:00:34,473 --> 00:00:36,823
и влиянии этого явления
на окружающий нас мир.

10
00:00:36,823 --> 00:00:39,583
И тем не менее, турбулентность
можно повстречать повсюду,

11
00:00:39,583 --> 00:00:44,143
и возникает она практически в любой
системе, содержащей движущиеся жидкости.

12
00:00:44,143 --> 00:00:47,313
К ним относятся и поток воздуха
в дыхательных путях,

13
00:00:47,313 --> 00:00:49,663
и циркуляция крови в артериях,

14
00:00:49,663 --> 00:00:53,073
и даже кофе в чашке,
когда вы размешиваете там сахар.

15
00:00:53,073 --> 00:00:55,313
Турбулентность не только
управляет облаками,

16
00:00:55,313 --> 00:01:00,893
волнами, бьющими о берег,
но даже потоками плазмы солнечного ветра.

17
00:01:00,893 --> 00:01:04,043
Понимание, что в точности
представляет собой данное явление,

18
00:01:04,043 --> 00:01:07,933
будет иметь практическое значение
для очень многих аспектов нашей жизни.

19
00:01:07,933 --> 00:01:09,613
Вот что известно на данный момент.

20
00:01:09,613 --> 00:01:12,813
Жидкости и газы обычно способны
перемещаться двумя способами:

21
00:01:12,813 --> 00:01:15,933
устойчивым и плавным ламинарным течением

22
00:01:15,933 --> 00:01:21,253
и турбулентным течением, состоящим
из, казалось бы, неупорядоченных вихрей.

23
00:01:21,253 --> 00:01:23,723
Представьте себе дымящуюся
ароматическую палочку.

24
00:01:23,723 --> 00:01:28,713
Ламинарное течение дыма
у его основания плавно и предсказуемо.

25
00:01:28,713 --> 00:01:30,936
Однако ближе к его верхней части

26
00:01:30,936 --> 00:01:33,896
дым ускоряется и становится неустойчивым,

27
00:01:33,896 --> 00:01:38,426
а его движения — хаотичными.

28
00:01:38,426 --> 00:01:40,336
Это и есть турбулентность в действии,

29
00:01:40,336 --> 00:01:44,766
и у любого турбулентного движения
имеются характерные черты.

30
00:01:44,766 --> 00:01:48,556
Во-первых, турбулентность всегда хаотична.

31
00:01:48,556 --> 00:01:50,596
Это не означает, что она случайна.

32
00:01:50,596 --> 00:01:55,386
Скорее, это значит, что турбулентность
чрезвычайно чувствительна к помехам.

33
00:01:55,386 --> 00:01:57,854
Любое воздействие на неё

34
00:01:57,854 --> 00:02:01,514
так или иначе в итоге приводит
к совершенно различным результатам.

35
00:02:01,514 --> 00:02:05,094
Поэтому, даже обладая большим объёмом
данных о текущем состоянии системы,

36
00:02:05,094 --> 00:02:09,814
совершенно невозможно
предсказать, что в ней произойдёт.

37
00:02:09,814 --> 00:02:12,242
Ещё одним важным свойством турбулентности

38
00:02:12,242 --> 00:02:16,562
является различие в масштабах движения,
обнаруживаемого в этих потоках.

39
00:02:16,562 --> 00:02:21,192
В турбулентных потоках существует
много течений, называемых вихрями,

40
00:02:21,192 --> 00:02:25,572
которые похожи на воронки
различных размеров и форм.

41
00:02:25,572 --> 00:02:28,837
Все эти различной величины вихри
взаимодействуют друг с другом,

42
00:02:28,837 --> 00:02:31,227
постепенно распадаясь
и уменьшаясь в размерах,

43
00:02:31,227 --> 00:02:34,887
пока вся кинетическая энергия
не перейдёт в тепловую

44
00:02:34,887 --> 00:02:38,457
в ходе процесса
под названием энергетический каскад.

45
00:02:38,457 --> 00:02:40,817
Так турбулентность проявляется,

46
00:02:40,817 --> 00:02:42,557
но почему же она происходит?

47
00:02:42,557 --> 00:02:46,657
На каждую текучую жидкость или газ
действуют две противоположные силы —

48
00:02:46,657 --> 00:02:48,757
инерция и вязкость.

49
00:02:48,757 --> 00:02:52,167
Инерция — это стремление
жидкости продолжать течь,

50
00:02:52,167 --> 00:02:54,167
что вызывает неустойчивость.

51
00:02:54,167 --> 00:02:56,817
Вязкость сопротивляется изменениям,

52
00:02:56,817 --> 00:02:59,877
создавая при этом ламинарное течение.

53
00:02:59,877 --> 00:03:01,917
У таких густых жидкостей, как мёд,

54
00:03:01,917 --> 00:03:04,687
вязкость почти всегда преобладает.

55
00:03:04,687 --> 00:03:09,687
Менее вязкие вещества, такие как вода
или воздух, более склонны к инерции,

56
00:03:09,687 --> 00:03:14,210
которая создаёт неустойчивости,
переходящие в турбулентность.

57
00:03:14,210 --> 00:03:17,410
Положение этого показателя для жидкости
в широком диапазоне величин

58
00:03:17,410 --> 00:03:19,980
называется числом Рейнольдса,

59
00:03:19,980 --> 00:03:24,230
которое характеризуется отношением
инерционных сил к вязким силами трения.

60
00:03:24,230 --> 00:03:25,940
Чем выше число Рейнольдса,

61
00:03:25,940 --> 00:03:29,200
тем более вероятно
возникновение турбулентности.

62
00:03:29,200 --> 00:03:31,792
Например, число Рейнольдса

63
00:03:31,792 --> 00:03:34,512
переливаемого в чашку мёда
равно примерно 1.

64
00:03:34,512 --> 00:03:39,762
А в случае воды число Рейнольдса
будет порядка 10 000.

65
00:03:39,762 --> 00:03:43,265
Число Рейнольдса полезно
для понимания простых явлений,

66
00:03:43,265 --> 00:03:46,595
но малоэффективно
во многих других ситуациях.

67
00:03:46,595 --> 00:03:50,595
Например, на движение воздуха
существенно влияют такие факторы,

68
00:03:50,595 --> 00:03:55,335
как гравитация и вращение Земли.

69
00:03:55,335 --> 00:04:00,354
Или же возьмите относительно простую
турбулентность от зданий или автомобилей.

70
00:04:00,354 --> 00:04:03,886
Мы можем моделировать эти условия
при помощи опытов и эмпирических данных.

71
00:04:03,886 --> 00:04:08,686
Но физики хотят предсказывать их
посредством законов и уравнений

72
00:04:08,690 --> 00:04:13,790
точно так же, как рассчитывать
орбиты планет или электромагнитные поля.

73
00:04:13,790 --> 00:04:17,535
Большинство учёных считает, что для этого
потребуются статистические данные

74
00:04:17,535 --> 00:04:20,049
и увеличение вычислительных
мощностей компьютеров.

75
00:04:20,049 --> 00:04:23,869
Сверхскоростные компьютерные
симуляции турбулентных потоков

76
00:04:23,869 --> 00:04:27,869
могут помочь определить закономерности,
на основании которых можно создать теорию,

77
00:04:27,869 --> 00:04:33,479
упорядочивающую и унифицирующую прогнозы
для различных ситуаций.

78
00:04:33,479 --> 00:04:37,291
Другие учёные полагают,
что данное явление настолько сложно,

79
00:04:37,291 --> 00:04:41,951
что его полноценная теория
никогда не станет возможна.

80
00:04:41,951 --> 00:04:45,465
Остаётся надеяться, что мы продвинемся
в понимании природы турбулентности,

81
00:04:45,465 --> 00:04:48,556
потому что полное понимание окажет
огромное положительное влияние.

82
00:04:48,556 --> 00:04:51,816
Оно позволит строить более
энергоэффективные ветряные электростанции,

83
00:04:51,816 --> 00:04:55,036
а также лучше противостоять
катастрофическим погодным катаклизмам

84
00:04:55,036 --> 00:04:57,836
или даже научиться отводить ураганы.

85
00:04:57,836 --> 00:05:03,017
Ну и, конечно же, полёты для миллионов
пассажиров станут гораздо приятнее.