Физики проникли в тайны лабиринтов

К примеру, такие узоры образует после высыхания смесь из стеклянных бусинок, воды и глицерина. Моделирование процесса показало, что «лабиринты» формируются, когда воздух проникает в смесь и «раздвигает» бусинки. Подобные узоры возникают во многих физических системах – к примеру, в системах реакция-диффузия или магнитных жидкостях.

Бьернар Санднес (Bjornar Sandnes) совместно с коллегами из университета Осло получил «лабиринты» путем смешивания стеклянных бусин 50-100 микрон в диаметре с водой и глицерином. Полученная смесь была помещена между двумя круглыми пластинами. Затем из отверстия в центре диска была откачана жидкость, после чего в зазор между пластинами через три часа стал проникать воздух. Спустя три дня диск был покрыт причудливым орнаментом, который образовали высохшие бусинки, раздвинутые воздушными «каналами».

Меняя количество бусинок в смеси, исследователи получали различные варианты узоров – более крупный для малого количества бусинок и мелкий для большей концентрации.

Ученые смоделировали процесс формирования узоров на основе взаимодействия сил поверхностного натяжения на границе между воздухом и жидкостью и сил трения между воздухом и бусинками. При этом воздух прокладывает себе дорогу в направлении наименьшего сопротивления, образовывая каналы.

В результате компьютерного моделирования удалось получить узоры, идентичные экспериментальным. По мнению исследователей, система стремится восстановить равновесие между силами трения и поверхностного натяжения в смеси, что и определяет внешний вид «лабиринта» и ширину воздушных «каналов».

Как считают ученые, данное моделирование справедливо только для смеси бусинок и глицерина и не может быть использована при исследовании процессов в магнитных жидкостях или систем реакция-диффузия, сообщает PhysicsWorlg.