WEBVTT

00:00:06.710 --> 00:00:10.550
Вы летите на самолёте,
как вдруг ощущаете внезапный толчок.

00:00:10.550 --> 00:00:13.260
За окном вроде бы ничего не происходит,

00:00:13.260 --> 00:00:17.320
но самолёт, а вместе с ним вас
и других пассажиров начинает трясти,

00:00:17.320 --> 00:00:21.460
ведь он пролетает через зону
турбулентности в атмосфере.

00:00:21.460 --> 00:00:23.929
Вряд ли вас это успокоит,

00:00:23.929 --> 00:00:28.339
но данное явление — одна
из неразгаданных тайн физики.

00:00:28.339 --> 00:00:31.283
Спустя почти век
с начала изучения турбулентности

00:00:31.283 --> 00:00:34.473
нам удалось получить лишь
немного ответов на вопрос о природе

00:00:34.473 --> 00:00:36.823
и влиянии этого явления
на окружающий нас мир.

00:00:36.823 --> 00:00:39.583
И тем не менее, турбулентность
можно повстречать повсюду,

00:00:39.583 --> 00:00:44.143
и возникает она практически в любой
системе, содержащей движущиеся жидкости.

00:00:44.143 --> 00:00:47.313
К ним относятся и поток воздуха
в дыхательных путях,

00:00:47.313 --> 00:00:49.663
и циркуляция крови в артериях,

00:00:49.663 --> 00:00:53.073
и даже кофе в чашке,
когда вы размешиваете там сахар.

00:00:53.073 --> 00:00:55.313
Турбулентность не только
управляет облаками,

00:00:55.313 --> 00:01:00.893
волнами, бьющими о берег,
но даже потоками плазмы солнечного ветра.

00:01:00.893 --> 00:01:04.043
Понимание, что в точности
представляет собой данное явление,

00:01:04.043 --> 00:01:07.933
будет иметь практическое значение
для очень многих аспектов нашей жизни.

00:01:07.933 --> 00:01:09.613
Вот что известно на данный момент.

00:01:09.613 --> 00:01:12.813
Жидкости и газы обычно способны
перемещаться двумя способами:

00:01:12.813 --> 00:01:15.933
устойчивым и плавным ламинарным течением

00:01:15.933 --> 00:01:21.253
и турбулентным течением, состоящим
из, казалось бы, неупорядоченных вихрей.

00:01:21.253 --> 00:01:23.723
Представьте себе дымящуюся
ароматическую палочку.

00:01:23.723 --> 00:01:28.713
Ламинарное течение дыма
у его основания плавно и предсказуемо.

00:01:28.713 --> 00:01:30.936
Однако ближе к его верхней части

00:01:30.936 --> 00:01:33.896
дым ускоряется и становится неустойчивым,

00:01:33.896 --> 00:01:38.426
а его движения — хаотичными.

00:01:38.426 --> 00:01:40.336
Это и есть турбулентность в действии,

00:01:40.336 --> 00:01:44.766
и у любого турбулентного движения
имеются характерные черты.

00:01:44.766 --> 00:01:48.556
Во-первых, турбулентность всегда хаотична.

00:01:48.556 --> 00:01:50.596
Это не означает, что она случайна.

00:01:50.596 --> 00:01:55.386
Скорее, это значит, что турбулентность
чрезвычайно чувствительна к помехам.

00:01:55.386 --> 00:01:57.854
Любое воздействие на неё

00:01:57.854 --> 00:02:01.514
так или иначе в итоге приводит
к совершенно различным результатам.

00:02:01.514 --> 00:02:05.094
Поэтому, даже обладая большим объёмом
данных о текущем состоянии системы,

00:02:05.094 --> 00:02:09.814
совершенно невозможно
предсказать, что в ней произойдёт.

00:02:09.814 --> 00:02:12.242
Ещё одним важным свойством турбулентности

00:02:12.242 --> 00:02:16.562
является различие в масштабах движения,
обнаруживаемого в этих потоках.

00:02:16.562 --> 00:02:21.192
В турбулентных потоках существует
много течений, называемых вихрями,

00:02:21.192 --> 00:02:25.572
которые похожи на воронки
различных размеров и форм.

00:02:25.572 --> 00:02:28.837
Все эти различной величины вихри
взаимодействуют друг с другом,

00:02:28.837 --> 00:02:31.227
постепенно распадаясь
и уменьшаясь в размерах,

00:02:31.227 --> 00:02:34.887
пока вся кинетическая энергия
не перейдёт в тепловую

00:02:34.887 --> 00:02:38.457
в ходе процесса
под названием энергетический каскад.

00:02:38.457 --> 00:02:40.817
Так турбулентность проявляется,

00:02:40.817 --> 00:02:42.557
но почему же она происходит?

00:02:42.557 --> 00:02:46.657
На каждую текучую жидкость или газ
действуют две противоположные силы —

00:02:46.657 --> 00:02:48.757
инерция и вязкость.

00:02:48.757 --> 00:02:52.167
Инерция — это стремление
жидкости продолжать течь,

00:02:52.167 --> 00:02:54.167
что вызывает неустойчивость.

00:02:54.167 --> 00:02:56.817
Вязкость сопротивляется изменениям,

00:02:56.817 --> 00:02:59.877
создавая при этом ламинарное течение.

00:02:59.877 --> 00:03:01.917
У таких густых жидкостей, как мёд,

00:03:01.917 --> 00:03:04.687
вязкость почти всегда преобладает.

00:03:04.687 --> 00:03:09.687
Менее вязкие вещества, такие как вода
или воздух, более склонны к инерции,

00:03:09.687 --> 00:03:14.210
которая создаёт неустойчивости,
переходящие в турбулентность.

00:03:14.210 --> 00:03:17.410
Положение этого показателя для жидкости
в широком диапазоне величин

00:03:17.410 --> 00:03:19.980
называется числом Рейнольдса,

00:03:19.980 --> 00:03:24.230
которое характеризуется отношением
инерционных сил к вязким силами трения.

00:03:24.230 --> 00:03:25.940
Чем выше число Рейнольдса,

00:03:25.940 --> 00:03:29.200
тем более вероятно
возникновение турбулентности.

00:03:29.200 --> 00:03:31.792
Например, число Рейнольдса

00:03:31.792 --> 00:03:34.512
переливаемого в чашку мёда
равно примерно 1.

00:03:34.512 --> 00:03:39.762
А в случае воды число Рейнольдса
будет порядка 10 000.

00:03:39.762 --> 00:03:43.265
Число Рейнольдса полезно
для понимания простых явлений,

00:03:43.265 --> 00:03:46.595
но малоэффективно
во многих других ситуациях.

00:03:46.595 --> 00:03:50.595
Например, на движение воздуха
существенно влияют такие факторы,

00:03:50.595 --> 00:03:55.335
как гравитация и вращение Земли.

00:03:55.335 --> 00:04:00.354
Или же возьмите относительно простую
турбулентность от зданий или автомобилей.

00:04:00.354 --> 00:04:03.886
Мы можем моделировать эти условия
при помощи опытов и эмпирических данных.

00:04:03.886 --> 00:04:08.686
Но физики хотят предсказывать их
посредством законов и уравнений

00:04:08.690 --> 00:04:13.790
точно так же, как рассчитывать
орбиты планет или электромагнитные поля.

00:04:13.790 --> 00:04:17.535
Большинство учёных считает, что для этого
потребуются статистические данные

00:04:17.535 --> 00:04:20.049
и увеличение вычислительных
мощностей компьютеров.

00:04:20.049 --> 00:04:23.869
Сверхскоростные компьютерные
симуляции турбулентных потоков

00:04:23.869 --> 00:04:27.869
могут помочь определить закономерности,
на основании которых можно создать теорию,

00:04:27.869 --> 00:04:33.479
упорядочивающую и унифицирующую прогнозы
для различных ситуаций.

00:04:33.479 --> 00:04:37.291
Другие учёные полагают,
что данное явление настолько сложно,

00:04:37.291 --> 00:04:41.951
что его полноценная теория
никогда не станет возможна.

00:04:41.951 --> 00:04:45.465
Остаётся надеяться, что мы продвинемся
в понимании природы турбулентности,

00:04:45.465 --> 00:04:48.556
потому что полное понимание окажет
огромное положительное влияние.

00:04:48.556 --> 00:04:51.816
Оно позволит строить более
энергоэффективные ветряные электростанции,

00:04:51.816 --> 00:04:55.036
а также лучше противостоять
катастрофическим погодным катаклизмам

00:04:55.036 --> 00:04:57.836
или даже научиться отводить ураганы.

00:04:57.836 --> 00:05:03.017
Ну и, конечно же, полёты для миллионов
пассажиров станут гораздо приятнее.