بخش دوم:
طلوع سیالات:
قرنهاست که دانشمندان اصول اولیه سیالات را درک کردهاند.در دهه 1750،ریاضیدان لئونارد اویلر،قانون دوم حرکت نیوتن را(همان قانونی که به ما F=ma را میدهد)تطبیق داد تا حرکت مایعات را پیشبینی کند.معادلات اویلر برای سیالات کامل به طور کامل کار میکنند،سیالاتی که در آنها جریان میتواند به طور نامحدود ادامه یابد،زیرا این سیالات هیچ لزجشی(نوعی چسبندگی ذاتی)ندارند که سرعت آنها را کاهش دهد.
در اوایل دهه 1800،کلاود-لویی ناویه و جورج گابریل استوکس،معادلات اویلر را ارتقا دادند.معادلات جدید ناویه-استوکس میتوانستند هر نوع سیال،چه کامل و چه غیر کامل،را در بر بگیرند.آنها میتوانستند نحوه پراکندگی یک سیال در سیال دیگر را مدلسازی کنند،مانند یک قطره جوهر که در یک لیوان آب پخش میشود،و همچنین نحوه ایجاد اصطکاک در سیالات(از جمله هوا،که از نظر فنی یک سیال است).
امروزه،فیزیکدانان و مهندسان از معادلات ناویه-استوکس برای طراحی بال هواپیما و پروانههای قایقهای تفریحی،پیشبینی محل فرود طوفان،مدلسازی نحوه افزایش خطر خشکسالی به دلیل تغییرات آب و هوایی،و پیشبینی رفتار جریانهای گدازه،ابرهای خاکستر و حتی درون ستارگان استفاده میکنند.آنها همچنین میدانند که سیالات،فراتر از آن چیزی هستند که اویلر،ناویه و استوکس درک میکردند.
معادلات ناویه-استوکس فرض میکنند که سیالات مواد پیوستهای هستند که به طور کاملاً یکنواخت جریان دارند،مهم نیست که شما تا چه حد روی یک نقطه زوم کنید.اما در واقع،سیالات ترکیبی از مولکولها و اتمها هستند.با زوم کردن،در نهایت،ناهنجاریهای کوچکی در جریان را به دلیل این ماهیت ذرهای مشاهده خواهید کرد،ناهنجاریهایی که در معادلات کلاسیک سیالات حذف میشوند.
مایکل لاندری،فیزیکدان موسسه فناوری ماساچوست،گفت:
معادلات ناویه-استوکس بسیار تقریبی هستند.این یک معادله دقیق نیست.
به این ترتیب،نظریه ما در مورد سیالات یک مورد استثنایی است.در دهه 1900،با کشف ساختار جهان در مقیاسهای کوچکتر و کوچکتر،فیزیکدانان بسیاری از نظریههای خود در مورد ماده را بازنگری کردند تا وجود اتمها و موارد مشابه را در نظر بگیرند.این نظریههای جدید نیز تقریبی بودند،زیرا ردیابی حرکت هر اتم امکانپذیر نیست.اما در طول دههها،فیزیکدانان راهی برای بازنویسی این نظریهها و استنتاج مجدد آنها به روشی سازگارتر با اتمها پیدا کردند.
در دهه 1970،کنت ویلسون،فیزیکدان دانشگاه کورنل،تمام این اجزا را جمعآوری کرد و آنها را در یک بسته ریاضی واحد قرار داد.ویلسون با محاسبات دقیق نشان داد که چرا مقیاسهای کوچکتر به روشی نسبتاً محدود،در سطح ما نفوذ میکنند.او یک روش کاملاً جدید برای ساختن نظریههای سطح بالا،به نام نظریههای میدان موثر،ایجاد کرد که پایهای جدید برای بخش بزرگی از فیزیک را تشکیل میداد.این کار جایزه نوبل را برای او به ارمغان آورد.همه اینها از آهنرباها شروع شد.
تشریح تصویر زیر:
جورج گابریل استوکس(سمت چپ)،ریاضیدان و فیزیکدان ایرلندی،و کلاود-لویی ناویه،مهندس فرانسوی،نظریه خود را در مورد سیالات در دهه ۱۸۰۰ میلادی توسعه دادند.
#فیزیک_سیالات
@Einstein_astronomy
Post #8752
134