Реинолдсов број: магнитуда и вредност

У овом чланку ћемо погледати Реинолдсов број и дати примјере његових вриједности. Поред тога, дискутоваћемо о значају открића научника за доказ самоорганизације у супстанцама, и као резултат тога, за почетак новог, некласичног периода науке.

Непримјетан почетак

Наука се, као и сви аспекти људског живота, развија у фазама. И почетак наредне фазе еволуције долази незапажено. По правилу, разумевање следећих парадокса (и увек и свуда у изобиљу), неки обичан научник, на основу радозналости или због једноставности, даје дефиницију, примећује правилност и закључује формулу. Већ неко време свако користи ово откриће, често не обраћајући пажњу на његову свестраност или изненађујућу корисност. И онда долази геније (који се најчешће не сматра таквим), изражава нешто револуционарно, и појављује се добро позната чињеница која потврђује нове теорије.

Тако је било са квантом Мака Планцка: увео је своју формулу за једноставност. Само је Ајнштајн схватио значај своје претпоставке. Тако је било и са Менделом, који је открио да је наслеђе знакова хибридних биљака занимљиво. Његов рад је широко критикован, све док Карл Цорренс није доказао да је поштен. Тако је било и са Рејнолдсом: проучавајући токове воде, увео је критеријум којим је одређен ламинарни ток испред нас или турбулентно. Његову формулу користили су научници који су се бавили воденим турбинама, не претпостављајући колико је овај однос важан за доказивање самоорганизације супстанце.

Биографија Осборне Реинолдс

Наведени научник рођен је у првој половини деветнаестог века у породици свештеника, у Енглеској, у граду Белфасту. Од раног узраста волио је механизме, покретне делове машина, радио у радионици. Дипломирао је на престижном Универзитету у Кембриџу, а затим је предавао на мањим насловима у Манчестеру.

Цијели живот посветио је савјесном проучавању различитих феномена из подручја механике, измјене топлине, струје, магнетизма, астрофизике и турбуленције. Са посебном пажњом, Рејнолдс је припремао експеримент: као талентовани механичар, он је размишљао о свим процесима до најситнијих детаља, покушавајући да елиминише паразитске феномене. Он је вешто комбиновао мајстора свих заната и замишљеног научника. Он је преузео све мистерије науке које се могу решити стрпљивим радом и много сати посматрања.

Као што читалац види, нема бљескова, увида, вапаја: "Пронашао сам га!" Само дневну рутину корозивног научника. И као резултат - много открића, међу њима и чувени Реинолдсов број.

Оно што се зове реинолдсов број

Вода је колевка живота на нашој планети. Чак и да се теорија панспермије и сложених органских молекула остварила на кометама, како људи сада виде, живот је почео у првим океанима.

Карактеристике воде никада не престају да задивљују. И ако сада научници проучавају структуру да се ова течност формира под екстремним притиском и температуром, у деветнаестом веку су се запитали како то тече. Посебно, оно што разликује ламинарни ток од турбулентног.

Рејнолдсов број је бездимензионална количина која одређује колико вискозност течности способни су да спрече праволинијско кретање својих честица при датој брзини. У току, свака честица тежи да се креће напред, пожељно на најкраћи могући начин. Међутим, сви молекули течности су повезани и не могу постојати изоловано један од другог. Снага ове везе одређује и вискозност. Што је виша, теже је течност попримити нове облике и одустати од својих молекула. Вода тече лако, мед - теже. Битумни имају највиши вискозитет. Тхомас Парнелл са Универзитета у Квинсленду је изливао своју сорту - смолу - у димњак. Први пад је пао осам година касније.

Дакле, вискозност омета кретање честица течности дуж најкраће путање. Сходно томе, у зависности од брзине протока, честице се крећу мање или више равне (ламинарне) или, превазилазећи отпорност целокупне запремине течности, почињу насумично мешати, стварајући мини-ковитлац (то се зове турбуленција). Реинолдсов број има друге дефиниције.

Друге дефиниције Реинолдсовог броја

У математичком смислу, то значи однос између нелинеарних и дисипативних термина у Навиер - Стокесовој једначини, која описује ширење таласа коначне амплитуде у медијуму.

Такође, Реинолдсов број одређује однос између кинетичка енергија губитак течности и енергије по јединици дужине (услед унутрашњег трења). Формула за овај индикатор је:

Ре = ρвД _г / η = вД _г / μ = КД _г / μА (Ре је Реинолдсов број, ρ је густина течности, Д _г је хидраулички пречник, в је карактеристична брзина, η је динамичка вискозност течности, μ је кинематичка вискозност течности, К - запремински проток, А - површина пресека цеви.

У акустици, формула је другачија:

Ре _а = ρвЦ ₀ / ωб (Ц ₀ - спеед спеед у овом флуиду, ω је кружна фреквенција, б је параметар дисипације).

За Реинолдсов број, у зависности од супстанце која формира ток, храпавост и облик секције цеви, постоји одређени критични индикатор. Такође зависи од тога да ли постоји ток без препрека или течност тече око нечега (на пример, метална кугла).

Поред тога, вредност Рејнолдсовог броја указује да је проток још увек ламинарни или већ турбулентан. Постоји и неко средње стање протока, када се више не може назвати униформним. Али у исто вријеме, још увијек не задовољава захтјеве турбуленције. Овај Реинолдсов број за воду у идеалној цеви је 2100.

Вредност за науку да одреди број Реинолдса

Већ смо споменули да нови периоди науке почињу релативно незапажено. Такође, читалац је, сигурно, већ претпоставио да овде вредност која је повезана са веома специфичним подручјем - протоком течности - овде није само описана. Почнимо причу из даљине.

Реинолдс је умро 1912. Пет година касније, Илиа Романовицх Пригогине је рођен у Москви, а десет година касније, у Њемачкој - Херманн Хакен. Средином двадесетог века, ова два народа прогласила су нови период науке, назван "пост-не-класичан". Наставља се сада. Његова основа је заснована на релативно новој дисциплини - синергији.

Синергетицс

Ова наука не дели биологију, хемију, физику и геологију. Све ове секције су интересантне синергетике јер истражују отворене неравнотежне системе који су способни за самоорганизацију. Нигде се не може наћи директна студија појава. Свака наука гради моделе, али већина је статична. Перфецт вацуум абсолуте зеро наћи у уџбеницима. Али у стварности такви услови су недостижни. Било која два суседна система размењују масу или енергију, тако да се сви процеси одвијају у пред-равнотежним условима.

Самоорганизација

А када неки волуметријски објекат (на пример, вода у лонцу), који се састоји од веома великог броја елемената, прима енергију споља (загрева), онда се у једном тренутку њено понашање мења.

У школи смо увек говорили да је кључање хаотични процес, молекули више се не слажу у кохерентни систем флуида и почињу да се крећу у различитим правцима на неконзистентан начин. Међутим, то није сасвим тачно. Ако постоји веома велики број елемената, ако се један атом „подигне“ према горе, постоји могућност да ће се неколико десетина суседних атома кретати према горе у исто време. Тако ће неко време постојати група воде у којој ће се честице понашати на исти начин.

То је суштина самоорганизације: у неуједначеном систему многих компоненти, неке од њих почињу да се понашају на исти начин у малим просторима времена и простора.

Турбуленција и самоорганизација

Идеја самоорганизације, како то читалац види, прилично је једноставна. Доказ кохерентног понашања је много компликованији. Изванредан руски научник Климонтовић, следећи парадигму синергетике, изведен је: за прелазак било ког система из хаоса у самоорганизацију одговара један параметар. Када прелази одређену критичну вредност, ниво тежине се повећава. Исти научник је први пут у свету доказао да је за турбулентно кретање течности овај критеријум Рејнолдсов број. Тако се показатељ, који се користи скоро педесет година, показао као кључ за откриће новог периода у науци.