Футболисты повторили турбулентное движение частиц — Naked Science
21.06.2017
Редакция

Футболисты повторили турбулентное движение частиц

Физики из Центральной школы Лиона описали турбулентное движение частиц в несжимаемой жидкости и сравнили его с перемещениями футболистов.

untitled-1
©Wikipedia

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
11 часов назад
Илья Ведмеденко

По словам космонавта Олега Новицкого, на новом российском модуле «Наука» незапланированно включились двигатели.

Позавчера, 14:06
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

3 часа назад
Мария Азарова

Лечение грызунов с ожирением тимусным стромальным лимфопоэтином привело к значительной потере висцерального жира и снижению веса более чем на 40% всего за четыре недели — без диет или повышенных физических нагрузок.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: