• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
7 сентября
Никита Логинов
1 778

Математики создали уравнение для точного описания движения жидкостей и газов в сложных средах

6.3

Новый математический аппарат может кардинально упростить исследования в медицине, нефтехимии и пищевой промышленности. Его масштаб сравним с фундаментальными работами Смолуховского и Эйнштейна по теории диффузии и броуновского движения.

Схема движения частицы в молекулярной решетке и новая формула диффузионного движения
Схема движения частицы в молекулярной решетке и новая формула диффузионного движения / © Бристольский университет

Специалисты Бристольского университета (Англия) предложили новое математическое описание движения веществ сквозь проницаемые материалы. С его помощью можно с высокой точностью моделировать распространение препаратов в живых тканях, движение газа и нефти в породах, устойчивость пищевой упаковки к проникновению инфекций и загрязнений. Работа английских математиков пока не опубликована, но уже прошла рецензирование в журнале Physical Review Research.

Диффузией называют движение атомов и молекул из области высокой концентрации микрочастиц в область низкой концентрации. Благодаря этому явлению газы и жидкости смешиваются, а твердые тела (например, металлы) при высоком давлении или долгом контакте «склеиваются» своими поверхностями. В целом, диффузия — это про то, как частицы вещества из-за броуновского (теплового) движения «толкаются» между собой и неизбежно разлетаются по всему доступному объему. Или смешиваются с частицами другого вещества.

Самый крупный вклад в современную теорию диффузии сделали Альберт Эйнштейн, Мариан Смолуховский и Жан-Батист Перрен в начале XX века. Их уравнения стали первой попыткой описать диффузию с точки зрения атомной теории строения вещества. Эти формулы уже более века используют для расчетов в области биохимии, добычи ископаемого топлива, очистки воды и промышленных стоков. Но они не описывают движение вещества в сложной среде, которая состоит из множества перегородок с разной проницаемостью. Например, распространение медицинского препарата в живой ткани с ее различными клеточными мембранами.

По словам Тоби Кея, специалиста по инженерной математике и ведущего автора работы, сейчас ученым приходится моделировать движение через каждую мембрану в отдельности, а потом собирать результаты в цельную картину. Это очень сложно и требует больших вычислительных ресурсов. Новое уравнение позволяет «в один заход» моделировать диффузионное движение через среду любой сложности и любого масштаба. Причем оно с одинаковой точностью описывает как распространение нефти в геологических пластах, так и миграцию животных через преграды вроде заборов и дорог.

Исследование английских математиков опирается на работу 2020 года, которую провела примерно та же команда ученых Бристольского университета. Тогда они решили 100-летнюю задачу математической физики, описав движение частицы в произвольной молекулярной решетке. Как говорит доктор Лука Джуджиоли, принявший участие в обоих исследованиях, значение той работы 2020 года до сих пор трудно оценить. Она дает очень глубокое понимание, по каким законам движется вещество на микроуровне, и таит в себе еще много ответов на самые захватывающие вопросы.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 12:38
Ольга Иванова

Американские исследователи узнали, что продолжительность жизни пенсионеров зависит не столько от наличия у них хронических заболеваний, сколько от таких простых факторов, как возможность ходить в магазин за продуктами, выполнять уборку в доме, показатели мелких частиц холестерина в крови и вредные привычки, которые они имели ранее.

12 часов назад
Мария Азарова

В этом году премия досталась Алену Аспе, Джону Клаузеру и Антону Цайлингеру.

Позавчера, 18:47
Анна Новиковская

На границе палеозойской и мезозойской эр, около 250 миллионов лет назад, Землю настигло самое страшное вымирание в истории, погубившее более трех четвертей от всего живого. Однако, если какие-то группы животных исчезли почти полностью, то другие практически не пострадали. Судя по костям крошечного ящера из Антарктиды, рептилии оказались в числе последних.

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

Позавчера, 12:38
Ольга Иванова

Американские исследователи узнали, что продолжительность жизни пенсионеров зависит не столько от наличия у них хронических заболеваний, сколько от таких простых факторов, как возможность ходить в магазин за продуктами, выполнять уборку в доме, показатели мелких частиц холестерина в крови и вредные привычки, которые они имели ранее.

2 октября
Редакция

Итальянский ботаник Стефано Манкузо — о преимуществах естественных отношений и о том, что бывает, когда люди нарушают хрупкое равновесие между биологическими видами. Naked Science печатает отрывок из книги Манкузо La nazione delle piante («Нация растений»).

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

6 сентября
Александр Березин

Нашей планете 4,5 миллиарда лет, и 539 миллионов лет на ней тянется эра «явной жизни» (фанерозой) — то есть такой, когда на планете есть крупные, высокоорганизованные животные. Сам собой возникает вопрос: быть может, среди них был разум?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: