Российские физики раскрыли секреты движения самых малых потоков воды



Фото:
РИА Новости


Комментарии

Ученые из Института теоретической физики РАН узнали, как разные шероховатости и недостатки влияют на движение воды через микроканалы. Это поможет сделать лучше работу разных сенсоров бактерий и систем расшифровки ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), говорится в статье, размещенной в Journal of Fluid Mechanics.
«Вначале мы ждали, что флуктуации, возникающие за счет неровностей стен, будут ускорять перемешивание частиц, переносимых течением воды. Оказалось, что оно не усиливается. Так что отлично соединять воды при помощи шероховатостей не получится. Чтоб достигнуть этого, придется каким-то сложным образом изменять форму канала», — ведает Владимир Парфеньев из Института теоретической физики РАН (Российская академия наук — государственная академия наук, высшая научная организация Российской Федерации, ведущий центр фундаментальных исследований в области естественных и общественных наук) в Москве.

Физики довольно издавна увидели, что вода и остальные типы жидкостей ведут себя по-разному, если они движутся по широким либо узеньким каналам. Когда размеры подобного "ручейка" стают довольно маленькими, порядка половины мм, на его движение начинают очень влиять силы поверхностного натяжения, инерция и остальные причины, которые обычно игнорируются в схожих расчетах.
Это очень меняет характеристики воды и присваивает ей несколько очень увлекательных и феноминальных черт, которые ученые сейчас интенсивно употребляют для сотворения необычных научных устройств, позволяющих "сортировать" клеточки, извлекать из их ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), расшифровать его нити и делать остальные операции с молекулами.
Развитию схожих технологий и созданию еще наиболее маленьких рукотворных "рек", как отмечают Парфеньев и его коллеги, сейчас очень мешает то, что физики пока не до конца соображают то, как разные шероховатости и недостатки на поверхности этих каналов влияют на течение воды.
Русские исследователи заполнили этот пробел, создав набор формул, описывающих движение потока воды через подобные каналы и возникающие снутри него возмущения, связанные с неидеально ровненькой поверхностью этих структур.

Используя эти формулы, ученые просчитали то, как будут течь струйки воды либо остальных несжимаемых жидкостей разной толщины вдоль стены, покрытой "ямками" и "буграми" случайной длины и формы.
Оказалось, что все эти шероховатости приблизительно идиентично влияли на скорость и направления движения воды вне зависимости от определенных деталей их устройства и распределения по стенам. Другими словами для пророчества ее течения не непременно иметь точную трехмерную карту всех неровностей на поверхности микроканалов.
«Наблюдение, что четкие детали устройства некой системы не важны для пророчества поведения данной нам системы, именуется универсальностью. Ее поиски — одна из главных задач физиков, так как это дозволяет осознать, что соединяет воединыжды полностью разные, на 1-ый взор, системы, и обрисовывать настоящие процессы, даже не владея всей полнотой инфы о их», — продолжает Парфеньев.

Единственное условие, ограничивающее применение этого набора формул — высота "бугорков". Как узнали ученые, очень высочайшие шероховатости искажают поток воды так очень, что их модели не может верно обрисовать его поведение.

Что любопытно, открытие подобного характеристики у микроканалов гласит о том, что их неровную структуру навряд ли получится применять для сотворения девайсов, способных размешивать меж собой два микроскопичных потока воды.
С иной стороны, сейчас физики и биоинженеры сумеют создавать нужные им микроканальные устройства, пользуясь только компом, что сделает их наиболее доступными и наиболее доступными для широких масс.

Российские физики раскрыли секреты движения самых малых потоков воды