Подземные реки Крыма, аккреционный диск звезды и новый вид крошечных лягушек

Наука и жизньНаука

Вести из институтов и экспедиций

Тепло раскачивает колебания

Обычно для для раскачивания колебаний механической системы необходимо на неё подействовать внешней периодической силой. При совпадении частоты колебаний этой силы с собственной частотой колебаний системы наступает резонанс — увеличение амплитуды колебаний. Так, для того чтобы раскачать качели, надо их периодически в такт подталкивать. Существующие внутри всех тел тепловые колебания молекул на раскачку колебаний не влияют. Наоборот, преобразование механической энергии в тепловую служит причиной затухания колебаний, прекращения механического движения.

Однако на микро- и наноуровнях обычные макроскопические представления могут быть неприменимы. Исследователи Высшей школы теоретической механики Института прикладной математики и механики Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) под руководством члена-корреспондента РАН Антона Мирославовича Кривцова теоретически показали, что механические колебания могут возбуждаться благодаря наличию распространяющегося теплового возмущения. Это новое физическое явление они назвали баллистическим резонансом. Теория была подкреплена численным (компьютерным) моделированием.

Изменение со временем колебаний, вызванных баллистическим резонансом.

Основанием для работы стали теоретические и экспериментальные исследования последнего времени, в которых выяснилось, что законы теплопроводности на микроуровне отличаются от классического закона, открытого Ж.-Б. Фурье ещё в 1807 году. Оказалось, что в кристаллах тепло может распространяться с необычно высокой скоростью. Такую теплопроводность исследователи назвали баллистической.

А. М. Кривцов и его коллеги показали, что, если в кристалле создать периодический начальный профиль температуры (например, синусоидальный), то он не будет просто расплываться, переходя к тепловому равновесию, как это ожидается в классическом случае. В кристалле возникает волновой перенос тепла, называемый баллистическим. Волна температуры приводит к переменному тепловому расширению, которое играет роль периодической силы, возбуждающей макроскопические механические колебания. Причём частота этой «силы» совпадает с собственной частотой механических колебаний, что приводит к резонансу и увеличению амплитуды колебаний. Этот резонанс и получил название баллистического. Заметим, что в этом случае раскачка колебаний в замкнутой системе происходит без какого-либо внешнего механического воздействия. Амплитуда колебаний при баллистическом резонансе после достижения максимума постепенно полностью затухает, и температура в кристалле, как и положено, выравнивается, наступает тепловое равновесие.

На основании данного подхода авторы работы предложили решение парадокса, или проблемы Ферми—Паста—Улама—Цингу. Летом 1953 года Энрико Ферми, Джон Паста, Станислав Улам и Мэри Цингу провели компьютерное моделирование колеблющейся струны, представленной цепочкой шариков, соединённых пружинами. Исследователи предполагали, что начальное колебание струны постепенно превратится в хаотические случайные колебания шариков, соответствующие тепловым колебаниям молекул в телах (этот процесс называют термализацией). Но оказалось, что превращение механической энергии в тепловую не так уж и просто. Неожиданно возникло сложное периодическое колебание с возвращением к исходному состоянию — термализация не наступила. Такое поведение цепочки поставило фундаментальный вопрос о возможности применения законов статистической механики к описанию подобных нелинейных систем. А статистическая физика — важнейший инструмент описания систем из большого числа частиц. Потому уже на протяжении нескольких десятилетий эта проблема служит предметом научных исследований.

Физики СПбПУ показали, что если наряду с механическими колебаниями учесть ещё и тепловое движение при конечной температуре, энергия которого намного больше, чем у колебаний, то механические колебания перестают быть периодическими и монотонно затухают — термализация наступает.

Результаты исследований опубликованы в журнале Physical Review E (doi.org/10. 1103/PhysRevE. 101. 042209).

Алексей Понятов

Подземные реки Крыма

В Крыму, традиционно испытывающем недостаток пресной воды, возможно, скоро ситуация с водоснабжением улучшится. Такую надежду дают результаты исследования подземных высокотемпературных очагов формирования напорных пресных вод в Крымских горах. Исследования на протяжении нескольких лет вели сотрудники Севастопольского государственного университета (СевГУ) и НИИ сельского хозяйства Крыма РАН.

Гидрогеологи на территории Крыма обнаружили два крупных источника формирования подземных пресных вод. Они расположены вблизи вторичных магматических очагов затухших вулканов. Как пояснил заведующий лабораторией ядерно-химических технологий кандидат технических наук Николай Ковалёв, на высокотемпературную часть магматических очагов застывших вулканов поступают очень широкие (от 7 до 15 км) потоки морской воды из Чёрного моря с глубин 380—400 м. Длина потоков достигает иногда сотни километров.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Заповедники: «Умный дом» для природы Заповедники: «Умный дом» для природы

Уйдут ли заповедники в прошлое или, наоборот, станут более востребованными?

Наука и жизнь
Атмосфера жизни Атмосфера жизни

Загородный подмосковный дом с интерьером вне времени

SALON-Interior
Навигатор Навигатор

Для странствий духа тоже нужна карта, считали сибирские шаманы

Вокруг света
Михалковы Михалковы

Династия Михалковых: от успеха в кино до признания в ресторанном бизнесе

Караван историй
Сложная судьба электрокультуры Сложная судьба электрокультуры

Тернистый и извилистый путь развития электрокультуры

Наука и жизнь
«Речь про свободолюбие, озорство какое-то»: художник Саша Браулов — о работе над обложкой «Правил жизни», вышивке как методе и здоровом хулиганстве «Речь про свободолюбие, озорство какое-то»: художник Саша Браулов — о работе над обложкой «Правил жизни», вышивке как методе и здоровом хулиганстве

Художник Саша Браулов о вышивке как методе и силе доброты

Правила жизни
Мат: посмотрим в корень Мат: посмотрим в корень

Доктор филологических наук Максим Кронгауз рассуждает о судьбе русского мата

Наука и жизнь
Французское влияние в мягком подбрюшье России Французское влияние в мягком подбрюшье России

Как Париж выстраивает стратегическое партнерство с государствами Средней Азии

Монокль
Сера: из отходов в материал будущего Сера: из отходов в материал будущего

В мире ежегодно производится почти 80 миллионов тонн серы

Наука и жизнь
7 фруктов, которые нельзя хранить в холодильнике: мнение шеф-повара 7 фруктов, которые нельзя хранить в холодильнике: мнение шеф-повара

Каким фруктам не место в холодильнике

VOICE
Престо, модерато, адажио Престо, модерато, адажио

Фантастическая повесть Игоря Вереснева

Наука и жизнь
Женщины выбирают вокал: как гендер влияет на музыкальные предпочтения Женщины выбирают вокал: как гендер влияет на музыкальные предпочтения

Влияет ли пол на музыкальные предпочтения?

Forbes
Лесные девицы — черницы и голубицы Лесные девицы — черницы и голубицы

Чем так примечательны голубика и черника

Наука и жизнь
Что делать, если угнали машину: полиция, страховая, кредиторы и эвакуаторы Что делать, если угнали машину: полиция, страховая, кредиторы и эвакуаторы

Памятка на случай, если кража автомобиля уже произошла и пора действовать

ТехИнсайдер
Не пей вина, Гертруда Не пей вина, Гертруда

Известные исторические личности с репутацией завзятых отравителей

Вокруг света
Маршрут построен Маршрут построен

Как экономить на поездках в метро в разных городах России

Лиза
Дает добро Дает добро

Супермодель и филантроп Наталья Водянова посетила Москву

Grazia
Слава: «Я всегда мечтаю о том, что может сбыться» Слава: «Я всегда мечтаю о том, что может сбыться»

25 лет на сцене — певица Слава по праву может гордиться этим достижением

Добрые советы
Собака Павлова: 8 мифов о первооткрывателе условного рефлекса Собака Павлова: 8 мифов о первооткрывателе условного рефлекса

«Вокруг света» разобрался, что есть миф об учёном, а что — чистая правда

Вокруг света
Сергей Хотимский: Банки мы всегда покупали выгодно Сергей Хотимский: Банки мы всегда покупали выгодно

Сергей Хотимский — о ставках, ЦБ и любви к работе в самые трудные времена

Ведомости
Цветок для смелых Цветок для смелых

Проект суперъяхты Lily разработали для верфи Oceanco в дизайн-бюро Vripack

Y Magazine
Валентин Фадеев: «Узлы в щитовидной железе – чаще всего вариант нормы, как родинки на коже» Валентин Фадеев: «Узлы в щитовидной железе – чаще всего вариант нормы, как родинки на коже»

Щитовидка, лишний вес и гормоны: разбираемся в тонкостях с эндокринологом

Здоровье
Анна Глаубэ: «У меня просто другой путь» Анна Глаубэ: «У меня просто другой путь»

Я все еще доказываю себе и другим, что достойна, что могу. Это профессия такая

Коллекция. Караван историй
Дела сердечные: как современный ритм жизни влияет на риск возникновения инфаркта Дела сердечные: как современный ритм жизни влияет на риск возникновения инфаркта

Какие привычки бьют по сердцу сильнее наследственности?

Правила жизни
Схватить, покрутить и нести на анализы: что делать, если укусил клещ Схватить, покрутить и нести на анализы: что делать, если укусил клещ

Как защищаться от клещей, и что делать, если паразит все-таки укусил

Forbes
Цирцея и Фея Моргана: как героини древних мифов вдохновляют современных писательниц Цирцея и Фея Моргана: как героини древних мифов вдохновляют современных писательниц

Шесть современных произведений, которые переосмысляют легендарные сюжеты

Forbes
Кто создал хиты Алиши Киз и Coldplay: пять женщин, добившихся успеха в звукорежиссуре Кто создал хиты Алиши Киз и Coldplay: пять женщин, добившихся успеха в звукорежиссуре

Женщины-звукорежиссеры и трудности, которые им пришлось преодолеть

Forbes
«Нам пора сформулировать закон сохранения цивилизации» «Нам пора сформулировать закон сохранения цивилизации»

Можно ли подружиться с умной машиной? Не может ли она вытеснить человека?

Знание – сила
Флагман «Адмирала» Флагман «Адмирала»

Platinum от Admiral Yachts: суперъяхта, опередившая своё время

Y Magazine
Что делать, если отказали в ремонте авто по гарантии: как 2 водителя победили автосалон Что делать, если отказали в ремонте авто по гарантии: как 2 водителя победили автосалон

В автосервисе заявили, что поломка произошла по из-за вас? Не соглашайтесь сразу

ТехИнсайдер
Открыть в приложении