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

О суммах квадратов и кубов О суммах квадратов и кубов

История начинается с теоремы Пифагора, а заканчивается математическим открытием

Наука и жизнь
Чьим голосом вы говорите с собой? Чьим голосом вы говорите с собой?

Тест: как часто вы точно понимаете, чего на самом деле хотите

Psychologies
Любовь растений Любовь растений

Любовные отношения растений долгое время оставались для людей загадкой

Наука и жизнь
Академик Петр Чумаков: вирусы позволяют увидеть раковые клетки и сформировать иммунный ответ Академик Петр Чумаков: вирусы позволяют увидеть раковые клетки и сформировать иммунный ответ

Вирусы дают надежду в лечении самых злокачественных видов рака

Наука
План спасения План спасения

Если вам кажется, что мир обречен и ничего уже не исправить, вы не одиноки

Вокруг света
Крупным планом: что происходит с отечественным кинорынком Крупным планом: что происходит с отечественным кинорынком

Какое кино сейчас интересно зрителям в России?

Inc.
Мат: посмотрим в корень Мат: посмотрим в корень

Доктор филологических наук Максим Кронгауз рассуждает о судьбе русского мата

Наука и жизнь
Ксения Хаирова Ксения Хаирова

О Валентине Талызиной, актрисе поистине уникальной

Караван историй
Лесные девицы — черницы и голубицы Лесные девицы — черницы и голубицы

Чем так примечательны голубика и черника

Наука и жизнь
Пушки или масло Пушки или масло

Как технологии двойного назначения помогли послевоенной конверсии

Эксперт
Сера: из отходов в материал будущего Сера: из отходов в материал будущего

В мире ежегодно производится почти 80 миллионов тонн серы

Наука и жизнь
Взять кредит и подумать Взять кредит и подумать

Банки будут выдавать кредиты от 50 000 рублей с «периодом охлаждения»

Ведомости
Микроулитки на страже экологии Микроулитки на страже экологии

Биологическое разнообразие Арктики изучено крайне неравномерно

Наука и жизнь
Цветовые ошибки: как один оттенок способен испортить весь интерьер Цветовые ошибки: как один оттенок способен испортить весь интерьер

Какие ошибки в выборе цвета стен способны испортить весь интерьер?

VOICE
Никита Ефремов: «Стараюсь не зацикливаться на себе» Никита Ефремов: «Стараюсь не зацикливаться на себе»

Никита Ефремов о грузе знаменитой фамилии и о собственной обидчивости

Cosmopolitan
Одежда и надежды Одежда и надежды

Красивые книги о моде

Weekend
Останемся френдами Останемся френдами

Как работают сервисы онлайн-знакомств и работают ли они вообще

Вокруг света
Позитивные вибрации: плюсы и минусы дизельной модификации пикапа JAC T9 Позитивные вибрации: плюсы и минусы дизельной модификации пикапа JAC T9

JAC T9: настоящие внедорожники еще выпускают

ТехИнсайдер
Неизвестная катастрофа, изменившая облик Северной Америки Неизвестная катастрофа, изменившая облик Северной Америки

Когда на Земле был единичный катастрофический космогенный процесс

Наука и жизнь
Гений, садовник и киноман: 10 эпизодов из биографии Кодзимы Гений, садовник и киноман: 10 эпизодов из биографии Кодзимы

Что вы знаете о Хидео Кодзиме?

Правила жизни
Чудо света Чудо света

Как Александрийский маяк пережил цунами и шесть землетрясений

Weekend
Кетчуп и зубная щетка: неожиданные вещи, которые изобрели китайцы Кетчуп и зубная щетка: неожиданные вещи, которые изобрели китайцы

На самом деле китайцы изобрели множество привычных нам вещей

ТехИнсайдер
Александр Овечкин: «Работай, доверяй себе – и всё сложится» Александр Овечкин: «Работай, доверяй себе – и всё сложится»

Про детскую площадку в московском дворе, где начиналась история легенды

Psychologies
Все это время вы не понимали свою кошку: 5 популярных мифов, в которые вы до сих пор верите Все это время вы не понимали свою кошку: 5 популярных мифов, в которые вы до сих пор верите

Хорошо ли вы знаете свою кошку?

ТехИнсайдер
Как платформенная занятость влияет на российский рынок труда Как платформенная занятость влияет на российский рынок труда

Как платформенная экономика трансформирует рынок труда и развивает регионы

РБК
Нейробиолог назвал привычку, объединяющую гениев. А у вас она есть? Нейробиолог назвал привычку, объединяющую гениев. А у вас она есть?

Настоящий прорыв мысли начинается в тишине и одиночестве

Maxim
Как красное мясо усугубляет проблемы с кишечником Как красное мясо усугубляет проблемы с кишечником

Употребление красного мяса может усугубить болезни кишечника

ТехИнсайдер
Девять правил жизни Французской Гвианы Девять правил жизни Французской Гвианы

Французская Гвиана: на чем сосредоточена её жизнь и как живут гвианцы?

Правила жизни
5 книг, которые советует основатель архитектурного бюро «Глазами инженера» Айрат Багаутдинов 5 книг, которые советует основатель архитектурного бюро «Глазами инженера» Айрат Багаутдинов

Книги, которые помогают по-другому взглянуть на лидерство, воспитание и себя

Inc.
Танк на трех колесах: как советские журналисты тестировали мотоцикл-вездеход «Днепр-12» Танк на трех колесах: как советские журналисты тестировали мотоцикл-вездеход «Днепр-12»

Инсайты про «знаменитое советское качество» и особенности вождения «Днепр-12»

ТехИнсайдер
Открыть в приложении