Иванов Б.Н. - Мир физической гидродинамики. От проблем турбулентности до физики космоса

Б. Н. Иванов МИР ФИЗИЧЕСКОЙ ГИДРОДИНАМИКИ От проблем турбулентности до физики космоса Издание второе инва МОСКВА ББК 22.253.3 Ниаиов Борис Николаевич Мир физической гидродииимикиг О т проблем турбулекти<кти до физики космоса. Изд. 2-е. — Мэ Едиториан УРСС, 2010. — 240 с. Предлагаемая книга основана на общефюичсс тих принц!них классической пшродинамики. Отличаясь наглядностью понятий, она допускает обобщения на широкий круг явлений из различных областей.

Так, например, рассматр1паются квантовые сверх- текучие жидкости, замагничеюшя плазма, среды с высокой плстносгью энергии. Гндродииамичсские модели в асцюфизике и космологии позволяют осмыслить физику Солаца и звезд, механизм солнечно-земных связей, космические выбросы вещества и вспышки Сверхновых, происхождение галактик и их скоплений и др. Изучение четырех глобальных стихий нашей планеты: мапигпюферы Земли, ее атмгкферм и океана, подкор. козою расплава —. мантии и жидкометаллического ядра, ведетса, в частности, с помощью методов физической гидродиаамнки.

Среди общефизических тем уделено внимание проблемам исусгойчююсти и турбулнзации движения, нелинейным волновым процессам, кумувятввным явлениям. Кню» рассчитала «и юирокий круг лиц, интересующихся дсспокениями и развитием современного естествознания. Испольэонаннс в книге новых иаей последвсто времени делает се интересной также физикам, гидродннамикам. астрофизикам, геофизикам. Студенты и преподаватели соответствующих специальностей найдуг в книге немало материала, полезного в учебном процессе. Рецеизецт: член-корр. АН Украины, д-р физ.-мат.

наук В. П. Шелест Излатеэьатва «Рэжтариаа УРССь 117312, Масках пр-т! Птствлссэткпспи Оюяеря, 9. шариат 60х907! 6. Печ. э. 15. 1ЯВХ 973-5-354-01242-8 О Едиториал УРСС, 2002, 2009 ФИШ!~1И11~ 9 785354 012428 Все права защищены. Никакая часп. настоящей книги не может быть всспроншепена нли передана в какой бы то ни было ферме и какими бы то ии бьню средспмми, будь то электрсюшс или мехвпнчссхие, включая фстохоларование и запись на магнитный носитель, а также размещение в Ивтернше, если иа то нет письменного разрешения владельца. Оглавление Предисловяе Введение й 1.

Нерввновесные состояния сред й 2. Движение жидкости с высоты птичьего полета Течение «модельной» жидкости 3.1. Закон сохранения вешества в гидродинамике 3.2. Уравнение Бернулли возьмем за основу,... 3.3. Вихри и их свойства Течение реальной жидкости в5 вб 4.1. Почему возникает торможение потока жидкости? 4.2.

Пуазейлевское течение 4.3. Неравномерно нагретая жидкость................ 4.4. Задача, которую решал Фурье 4.5. Диффузия. Растворение кристалла в жидкости Взгляд изнутри: случайные процессы в газах 5.1. Пробег и сечение столкновения 5.2. Молекулярное рассмотрение процесса диффузии 5.3. Диффузия как задача о случайном блуждании частиц 5.4. Связь между случайными процессами переноса в газах Законы сопротивления движению тел в жидкости ..........

6.1. Метод подобия. Число Рейнольдса 6.2. Сопротивление при малых скоростях. Формула Стокса и опыты Милликена по определению элементарного электрического заряла 6.3. Сопротивление при больших (дозвуковых) скоростях. Вихревая цепочка Кармана 6.4. Подъемная сила крыла. Формула Жуковского Неустойчивости в гидродинамике 7.1.

Когда слоистое правильное течение становится сильно запутанным? 7.2. Пограничный слой . 7.3. Попытки как-то описать турбулентные движения 7.4. Переход от молекулярного к конвекционному переносу тепла. Солнечная трануляция .. 7.5. Течение Куэтш и тороидальные вихри Тейлора. Фейнман о возможностях гнлродинамического описания 7.6. Детерминированный хаос и турбулентность 10 17 18 21 2! 23 25 28 28 30 31 32 33 35 36 38 40 41 45 48 49 53 53 55 56 59 61 63 Оглааленое ядерной зры 93 106 106 109 110 112 6 13. Каввтация в жидкости 113 116 116 120 124 124 !25 68. Водим иа воде 8.1. !о глубоко, то мелко.

8.2. Волновая азбука 8.3. Пологие и крутые волны . 8.4. Солисты в волновом хоре 8.5. Шторм на море остается загадкой 8.6. Волны звука в океане 8.7. Колебания заряженной капли или начало й 9. Сверхзвуковые потоки газа 9.1. Уравнение Бернулли и термодинамика 9.2. Когда среда становится сжимаемой? 9.3. То широко, то узко... 9.4.

Сопло Лаваля ' 6 10. Пшродииамика и физико-химические пронессм 10.1. Вводные замечания 10.2. Газовый поток и горение . 10.3. Газовый позок как активная лазерная среда 10.4. Электризация грозовых облаков...,..... 10.5. Перемешивание жидкостей демонстрирует упорядоченный хаос 611. Знакомьтесь с ударными волнами 11.1. С ними изредка встречаются все 11.2. Распространение возмущений в потоке сжимаемого газа 11.3. Общие соотношения для ударного скачка ! !.4. Ударные волны в идеальном газе 1!.5.

Задача о сильном взрыве в атмосфере 6 12. Эффекты гидродинамической кумуляции !2.1. Кумулятивные струи 12.2. Схлопывание пузырьков в жидкости !2.3. Сходящиеся сферические и цилиндрические ударные волны 12.4. Роль неустойчивостей в ограничении кумуляции. Создание сверхсильных магнитных полей 12.5. Выход ударной волны на поверхность звезды.

Происхождение космических лучей 6 14. Моделирование и опыт 14.!. Азродинамические и плазменные трубы ! 4.2. Баллистические установки и ударные трубы 6 15. Эксперимент иа дисплее !5.1. Кратко об ЭВМ 15.2. Что такое численный эксперимент? 68 68 70 72 73 74 74 76 81 81 82 83 84 86 86 87 89 91 96 96 97 99 102 104 Оглавление ет б 16. За пределами гидродинамики !6.!. Походный термос и торможение спутников 16.2, Как можно накопить ядерное топливо !6.3. «Вакуум» в ...кристалле и гидродинамика фононов 16.4. Флукгуационные явления в гидродинамике б 17.

Чудеса в лаборатории Капицы, или почему Ландау увлекся гидродинамикой . 17.1. Жидкий гелий и квантовая механика 17.2. Жидкость, которая стоит и движется одновременно 17.3. Мысленный эксперимент Фейнмана: квантованные вихри 17.4. Сверхтекучесть в звездах и атомных ядрах б 18. Экзотические жидкости 18.1. О «неожнданных» свойствах классической жидкости. О квантовой турбулентности. О путях обобщения гндродннамнки 18.2. Электронная жидкость металлов 18.3. Экситонная жидкость полупроводников 18.4. Течения полимерной жидкости б 19.

Исследования по управляемому термоядерному синтезу (УТС) и магнитная гидродинамика. ТУрбулентиое динамо Земли и Солнца. Нелинейные явления в плазме 19.1. Самостягиваюгднйся разряд и его гидродинамическая неустойчивость 19.2. Как возникают н «живут» магнитные поля звезд и план 19.3. О «карнавале» колебаний и волн в магнитной гидродинамике !9.4. Нелинейные волновые эффекты в плазме и их аналоги в гидродинамике, акустике, оптике....,...,...,,, 19.5. Волновая турбулентность плазмы б 20.

О солнечно-земных связях и геофизической гидродинамике 20.1. Вводные замечания 20.2. Солнце — плазменное образование и природный термоядерный реактор 20.3. Магнитосфера Земли 20.4. Атмосфера и океан. Задача о вращающейся жидкости б 21. Мир сверхвысоких плотностей энергии и релятивистская гидродннамика б 22. Крупномасштабная гидродинамика Вселенной 22.1. Основные этапы эволюции Вселенной 22.2.

Иерархия структур во Вселенной 22.3. Гидродинамические процессы при формировании структур Вселенной 128 128 131 132 135 139 139 143 144 146 149 149 151 !52 155 159 159 163 165 166 169 173 173 174 178 181 187 191 !9! !94 196 Оглавление Приложение Очерки к параграфам 200 200 Астрофизика Космические выбросы вещества: объект ЗЗ 433 и его теоретическая модель.

(К б 21) .......,........... Механизм гидромагнитного динамо в космических структурах. (К б 19.2) Мазерный эффект в космосе. (К б 10.3)............. О жидкой планете, похожей на звезду. (К 0 20.4)....... Геофизика н солнечно-земные связи 200 205 207 209 210 О солнечной сейсмологии и акустическом зондировании океанов и мантии Земли. (К 020.4)................

Физика плазмы Самоподдерживающийся режим «горения» термоядерной плазмы. (К б 19. ! ) . Кумулятивное сверхсжатие лазерной плазмы. (К б 19. !) .. «Серфинг» на плазменной волне — новый метод ускорения частиц. (К 9 19.5) . Физико-техннческая область Нелинейная среда становится антенной. (К б 19.4) Пузырьковые камеры в физике частиц высоких энергий.

(К б !3) *Окна» для газодинамических лазеров. (К б 10.3)....... Магнитогидродинамический генератор (МГД-генератор). (К 09.4) Роль «капельной физики» в эффективной работе газодинамических двигателей (ГД). (К б !0.2)......... Ударные волны К истории учения об ударных волнах.