Физики разработали оболочку, которая за счет магнитогидродинамических эффектов позволяет полностью подавлять все возмущения потока воды вокруг движущихся объектов. В работе, опубликованной в Physical Review E, ученые также предложили способ создания такого устройства, которое может оказаться полезным для кораблей и самолетов.
Для снижения гидродинамического сопротивления вокруг движущегося объекта обычно пытаются создать воздушную прослойку. Если кроме снижения сопротивления необходимо не нарушить ламинарность потока и подавить возмущения жидкости (то есть сделать так, чтобы движущееся тело не оставляло после себя никакого следа, например, в целях маскировки), требуется немного другой механизм. Движущееся тело за счет дополнительных сил разгоняет тонкий слой жидкости вокруг себя, приравнивая ускорение жидкости к ускорению самого тела. Однако изначальная концепция работы такого устройства, основанная на сложной системе насосов, оказалась довольно сложной для практической реализации.
Дин Калвер (Dean Culver) и Ярослав Уржумов (Yaroslav Urzhumov) из Университета Дьюка в США предложили вместо чисто гидродинамического механизма использовать для воздействия на насыщенную ионами жидкость электромагнитные поля. С помощью численного моделирования ученые рассмотрели движение в проводящей жидкости цилиндра, покрытого дополнительным магнитогидродинамическим слоем. Этот слой состоял из массива отдельных элементов, которые за счет силы Лоренца оказывали воздействие на заряженные частицы в жидкости и таким образом придавали ей дополнительное ускорение.
Описав эту систему уравнениями, связывающими гидродинамические и электромагнитные компоненты силы, физики смогли определить такие конфигурации магнитогидродинамического слоя вокруг цилиндра, которые при различных скоростях практически полностью подавляют возмущения в жидкости. Такие материалы оказались эффективны в довольно большом диапазоне скоростей и позволяют сократить возмущение в следе за телом почти в 10 раз.
При довольно небольших скоростях удается полностью погасить возмущения, так что за пределами внешнего магнитогидродинамического слоя возмущения абсолютно незаметны. Кроме того, поток вокруг тела становится полностью ламинарным, и все турбулентности тоже подавляются. При больших скоростях, некоторые возмущения распространяются вокруг тела на небольшое расстояние, но при этом при изменении скорости для подавления возмущений не нужно перестраивать конфигурацию системы: одна и та же конфигурация работает в широком диапазоне скоростей, если скорость достаточно большая.
Кроме того, в работе авторы исследования предложили способ, как такое устройство можно создать на практике. Предложенные системы авторы работы назвали активными магнитогидродинамическими метаматериалы (по аналогии с оптическими метаматериалами, которые влияют на оптические свойства окружающей среды с помощью своей структуры, а не химического состава).
Для того, чтобы снизить гидродинамическое сопротивление объектов обычно стараются снизить долю контакта самого движущегося объекта с жидкостью. Одним из способов сделать это — создание вокруг объекта прослойки газа. На этом принципе основано, например, действие кавитатора в головной части торпед или патронов для подводной стрельбы. Подобный механизм используют и объекты с супергидрофобным покрытием на поверхности. Однако в любом из этих случаев движущееся тело не позволяет избавиться от возмущения потока жидкости или газа вокруг себя.
Александр Дубов
Для скалярной константы связи удалось уточнить предел почти на порядок
Физики из Великобритании получили наиболее жесткие на сегодняшний день ограничения на параметры ультралегкой темной материи. Для этого они использовали данные атомных часов и новый модельно-независимый подход к изучению вариаций во времени этих параметров и других фундаментальных констант. Работа опубликована в журнале New Journal of Physics. По современным представлениям темной материи во Вселенной примерно в пять раз больше обычного вещества. Она не участвует в электромагнитных взаимодействиях и поэтому недоступна прямому наблюдению. Наиболее вероятные кандидаты на роль темной материи — вимпы — до сих пор экспериментально не обнаружены. Поэтому ученые рассматривают и другие теории о составе темной материи: от сверхлегких частиц, например, аксионов, до первичных черных дыр. Ранее ученые уже использовали данные атомных часов для ограничения параметров ультралегкой темной материи с массой менее 10-16 электронвольт. На этот раз физики Натаниель Шерилл (Nathaniel Sherrill) и Адам О Парсонс (Adam O Parsons) с коллегами из университета Сассекса и Национальной физической лаборатории в Теддингтоне предложили новый модельно-независимый подход к изучению временных вариаций фундаментальных констант при анализе данных атомных часов. При этом количество свободных параметров увеличилось, что по мнению ученых позволит тестировать различные модели и их константы связи. Чтобы проверить новый подход в действии, физики использовали три типа атомных часов: на основе атомов стронция Sr в решетчатой ловушке, на основе ионов иттербия Yb+ в ловушке Пауля и атомные часы на цезиевом фонтане Cs. Частоты всех часов измерялись относительно водородного мазера, после чего рассчитывались отношения частот Yb+/Sr, Yb+/Cs и Sr/Cs. Это позволило исключить возможные ошибки, связанные с нестабильностью работы мазера из-за изменения параметров окружающей среды. Генерируемые частоты во всех часах зависят от соотношений постоянной тонкой структуры и массы электрона. Поэтому из взаимных измерений частот трех часов можно получить колебания со временем этих констант. Особенностью эксперимента стала независимость измерений от предполагаемой функциональной зависимости констант от времени. Поэтому полученные ограничения могут быть использованы при рассмотрении любых гипотетических моделей. В частности, ученые получили ограничения на константы связи гипотетических частиц темной материи в области масс от 10-20 до 10-17 электронвольт. Для скалярной константы связи dγ(1) физикам удалось исключить новую область параметров, усилив предыдущий предел примерно на порядок. Ученые до сих пор не могут определить параметры темной материи, хотя и видят ее проявления в различных процессах. Чтобы лучше разобраться, какие на сегодняшний день существуют модели, описывающие темную материю, пройдите наш тест.