Футболисты повторили турбулентное движение частиц
Физики из Центральной школы Лиона описали турбулентное движение частиц в несжимаемой жидкости и сравнили его с перемещениями футболистов.
Многие микроскопические физические процессы находят отражение в макромире. Например, с помощью моделирования движения частиц ученые исследуют динамику больших скоплений людей в ограниченном пространстве. Так, модулировать поведение толпы способна геометрия прохода: угол наклона стенок может снижать или повышать давление и, как следствие, риск травм. Наименее изученной остается состояние турбулентности, при котором в среде происходят хаотические колебания нескольких физических параметров. Из-за случайных изменений (плотности, давления, температуры) моделирование подобных явлений ограничено. Тем не менее, оно необходимо для теоретической физики и гидродинамики.
Авторы новой работы изучили турбулентное движение частиц в несжимаемой жидкости — такая модель предполагает сохранение плотности среды при изменении давления. Наблюдения показали, что в этом случае средний угол отклонения частиц зависит от временной задержки: на небольших отрезках их движение кажется линейным. Но в более крупных временных масштабах изменение направления носит хаотичный характер. В частности, при достаточной удаленности от границ средний угол отклонения частиц составил 90 градусов. Заключение частиц в прямоугольное пространство позволило увеличить показатель до 120 градусов. Связь эффекта с геометрией подтвердила симуляция методом Монте-Карло.
Для дополнительной проверки гипотезы исследователи провели эксперимент с футболистами. В рамках испытаний, которые проходили на стадионе (прямоугольном поле) в Нюрнберге, на ноги спортсменам надевали датчики слежения, которые передавали информацию специальной системе. Информация собиралась в ходе тренировочного матча между двумя командами, выборка составила 16 человек. Согласно анализу полученных данных, несмотря на осмысленность перемещений и наличие тактики, на большом временном отрезке футболисты повторяли динамику частиц: их средний угол отклонения также составил 120 градусов. В меньшем временном масштабе тенденция не проявлялась.
Как и в случае частиц, траектории спортсменов чаще включали в себя средний угол отклонения при движении вдоль более длинной границы пространства. По словам соавтора работы Воутера Боса (Wouter Bos), соответствие оказалось неожиданным. «Мы рассчитывали на некоторое сходство, но результаты превзошли ожидания», — отметил ученый. Он также добавил, что исследование дополняет имеющиеся данные о динамике частиц в турбулентности. «Турбулентность представляет собой важную проблему для многих промышленных приложений. Практически в любых условиях, предполагающих движение в воздухе или воде, встречается потеря энергии из-за турбулентности», — сообщил Бос.
Подробности работы представлены в журнале Physical Review Fluids.
Ранее схожим моделированием воспользовались биофизики: таким образом, они изучили тактики совместной охоты в двух- и трехмерном пространстве.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Биологи нашли особый тип стволовых клеток, которые просыпаются в среднем возрасте и активно производят новый жир на животе. Открытие сделали благодаря масштабным экспериментам на мышах и анализу человеческих тканей. Результат объяснил природу возрастного ожирения и дал новую цель для будущих лекарств.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии