Tin tức Deeper

Giải mã các mô hình chuyển động của sóng đơn độc giống như sóng thần

Ngày:
Th4 18, 2019
Tóm lược:

Một nghiên cứu về các cụm sóng kiểu sóng thần đơn độc cho thấy cách chúng di chuyển hài hòa với nhau và xuyên qua nhau.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Một hiện tượng nhất định đã khiến các nhà khoa học bối rối trong gần hai thế kỷ: sóng đơn độc, cao và nhanh một cách kỳ lạ, di chuyển độc lập với dòng nước chảy và chảy xung quanh chúng.

Gần đây, một lý do cấp bách để hiểu những con sóng này đã trở nên rõ ràng, khi các phiên bản khổng lồ của chúng sóng thần quái vật đã giết chết hơn một phần tư triệu người ở Nam Á năm 2004 và gần 20.000 ở Nhật Bản vào năm 2011.

Georgios Vatistas, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Máy tính Gina Cody của Concordia, đã dành nhiều thập kỷ để cố gắng giải mã những sóng đơn độc này và dự đoán chuyển động của chúng. Những phát hiện mới nhất của ông, được công bố trong tháng này trên tạp chí Phys Review E , đã đẩy lĩnh vực này về phía trước bằng cách quan sát cách thức các sóng hoạt động khi chúng xảy ra trong một chuỗi.

Nghiên cứu của Vatistas cho thấy có nhiều điều để học hỏi từ các “cụm” sóng đơn độc này. Họ tự tổ chức theo những cách hấp dẫn, di chuyển trong sự hài hòa bất ngờ.

Nhóm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của ông đã ghi lại các sóng phát sinh tự phát nhưng đồng thời. Họ nhanh chóng sắp xếp một cách cân xứng, tất cả đều cách đều nhau, di chuyển với cùng tốc độ.

Theo dõi họ, một người quan sát sẽ được nhắc nhở về một điệu nhảy, Vatistas nói.

“Chúng tôi biết các cụm hoạt động như thế nào. Bây giờ, với tư cách là các kỹ sư, làm thế nào để chúng tôi sử dụng điều này để cải thiện cuộc sống của con người?”

Ví dụ trong tự nhiên

Sóng giống như sóng thần xảy ra vượt xa các đại dương và sông. Hiện tượng này xuất hiện trên khắp tự nhiên và công nghệ: trong các mạch điện, trong sóng âm, trong bầu khí quyển xung quanh Bắc Cực và Nam Cực, trong chất lỏng plasma, sợi quang, chuyển động DNA, thậm chí trong lý thuyết lượng tử.

Càng nhiều Vatistas đã tìm hiểu về các chuyển động độc đáo của họ, anh ta càng thấy chúng hấp dẫn hơn.

Vatistas giải thích: “Nếu bạn có hai sóng đơn độc, ví dụ, di chuyển về phía nhau, chúng có thể truyền qua nhau thực tế không bị ảnh hưởng”. Mô phỏng đã chỉ ra rằng sóng sẽ va chạm và sau đó tiếp tục trên đường đi của họ.

Thậm chí đáng kinh ngạc hơn, sóng thần đại dương có thể di chuyển cực kỳ nhanh – nhanh hơn cả máy bay phản lực khổng lồ Boeing 747.

Khi sóng được tạo ra trong phòng thí nghiệm, thậm chí nhiều mẫu tò mò hơn xuất hiện.

Vatistas sử dụng một bể hình trụ được làm từ Plexiglas với một ổ cắm ở một đầu dừng lại bằng nút chai. Bể có thể được đổ đầy nước và sau đó được điều khiển, với chuyển động của nước được ghi lại trên máy ảnh.

Trong quá khứ, Vatistas đã chỉ ra rằng các sóng tạo thành hình dạng trong không gian trống ở lõi của chúng được tạo ra bởi lực ly tâm. Được bao quanh bởi những bức tường nước, một hình tam giác sẽ xuất hiện, sau đó là hình vuông, hình ngũ giác và hình lục giác.

Vatistas lần đầu tiên tạo ra một làn sóng đơn độc quay vào năm 1990 một làn sóng dễ nghiên cứu hơn khi nó quay tròn hoặc quay thay vì di chuyển theo hướng tuyến tính, loại bỏ sự cần thiết phải theo đuổi tiến trình của nó.

Nhóm nghiên cứu của Vatistas bao gồm Hamid Ait Abderrahmane của Đại học Khalifa ở Abu Dhabi, giáo sư kỹ thuật của Concordia Hội Dick Ng và nghiên cứu sinh Pooya Soltanian Sedeh. Đối với nghiên cứu này, họ đã tạo ra một cụm hoặc một loạt các sóng. Kỷ lục của họ là 13 trong cùng một quỹ đạo.

Sau khi “nhảy” một cách đáng ngạc nhiên, nhóm nghiên cứu đã theo dõi khi tất cả các sóng thu thập tại cùng một vị trí và sau đó chết cùng một lúc, một khoảnh khắc họ hiện đang cố gắng định lượng chính xác hơn.

Video trên YouTube: https://youtu.be/vSzA9D1TTTY

Khai thác nó

Bên cạnh việc cố gắng dự đoán sóng thần chính xác hơn một lĩnh vực đã phát triển trong những năm gần đây, đặc biệt là ở Nhật Bản sau năm 2011 Vatistas cũng đã thấy các nhà nghiên cứu trong các lĩnh vực khác đã dịch và thêm vào những phát hiện của ông như thế nào.

Bài báo mới có thể sẽ đặc biệt thú vị đối với các nhà toán học, ông nói. Tốc độ của sóng không được dự đoán trước, cho thấy rằng chúng không thể được mô hình hóa hoàn toàn theo công thức hiện có để dự đoán chuyển động của chúng, được gọi là mô hình Korteweg-de Vries. Toán học mới phải được phát hiện để giải thích cho họ.

“Bạn phải hiểu nó, và sau đó bạn khai thác nó,” ông nói.


Nguồn tin tức:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Concordia . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Hamid Ait Abderrahmane, Pooya Soltanian Sedeh, Hội Dick Ng, Georgios H. Vatistas. Xoay cụm soliton đa giác trầm cảm trên bề mặt bên trong của một vòng chất lỏng . Đánh giá vật lý E , 2019; 99 (2) DOI: 10.1103 / PhysRevE.99.023110

Bài viết liên quan

Bài viết khác