21.06.2017
Редакция Naked Science

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.
13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

Позавчера, 15:57
Илья Ведмеденко

В Сеть выложили новые изображения мощнейшего в истории Китая авианосца, который находится на заключительной стадии строительства. Кроме того, художник детально изобразил авиагруппу, состоящую из перспективных истребителей пятого поколения.

Сегодня, 12:28
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

12 октября
Елена Синицкая

Управление древностей Израиля обнародовало итоги раскопок огромного винодельческого комплекса. На нем в византийское и раннеисламское время делали виноградное вино, которым снабжали многие страны Средиземноморья.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

24 сентября
Василий Парфенов

Недавно основанный стартап Success Rockets объявил о первых полноценных летных испытаниях своей суборбитальной ракеты Nebo 25. Запуск пройдет в ноябре, его цель — установить новый национальный рекорд по высоте полета среди частных компаний.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

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: