Гидравлическая белая дыра | 1 курс

Один из проектов студентов 1 курса ФТФ ИТМО "Гидравлическая белая дыра"

Вагин Дмитрий
Альшевский Дмитрий
Дубенский Михаил
Исаева Софья
Дроздецкий Григорий

Научный руководитель:
Павлюченко Алексей Сергеевич

Возможность проведения аналогий является важным, если не определяющим фактором для развития современной физики. Так, построение электродинамики во многом основывалось на предшествующих результатах гидродинамических исследований, а аналогия между силами инерции и гравитации в своё время послужила толчком к развитию общей теории относительности.

В настоящей работе рассматривается следующая аналогия: волны на поверхности жидкости, находящиеся вблизи радиального гидравлического скачка, ведут себя таким же образом, как материя вблизи белой дыры. Гидравлический скачок здесь образован вертикальной струёй жидкости, падающей на горизонтальную поверхность.

Возможно, если эта аналогия подтвердится в данном эксперименте и в дальнейшем, это позволит значительно продвинуться в исследовании космологических объектов сложной природы.

С целью проверить эту аналогию предпримем следующее:

1. Разработаем аналитическую модель, описывающую с некоторой точностью распространение волн в движущейся жидкости.

2. При помощи численных методов разрешим аналитически получаемые уравнения.

3. Проведём эксперимент, в котором создадим условия для возникновения гидравлического скачка и возбуждения волн; найдём зависимость от времени формы волнового фронта. Сравним теоретические и экспериментально найденные результаты.

4. Сравним уравнения движения жидкости с соответствующими уравнениями общей теории относительности, тем самым проверив применимость исследуемой аналогии.

Литература
Список литературы
[1] https://uwaterloo.ca/applied-mathematics/current-undergraduates/continuum-and-fluid-mechanics-students/amath-463-students/surface-gravity-waves.
[2] Nicolas De Cock, Mathieu Massinon, Sofiene Ouled Taleb Salah, B. Mercatoris, Maria Rosaria Vetrano, and Frederic Lebeau. Dynamics of a thin radial liquid flow. Fire Safety Journal, 83:1–6, 07 2016.
[3] R Fernandez-Feria, E Sanmiguel-Rojas, and ES Benilov. On the origin and structure of a stationary circular hydraulic jump. Physics of Fluids, 31(7):072104, 2019.
[4] Leo C Van Rijn et al. Principles of fluid flow and surface waves in rivers, estuaries, seas and oceans, volume 12. Aqua Publications Amsterdam, The Netherlands, 1990.
[5] John V Wehausen and Edmund V Laitone. Surface waves. In Fluid Dynamics/Str ̈omungsmechanik, pages 446–778. Springer, 1960.
[6] А. Асади, С.М. Джафарян, and А.Р. Теймурташ. Экспериментальное исследование устойчивых круговых гидравлических прыжков. Известия

Black hole picture credits: "Interstellar." © Paramount Pictures

Российской академии наук. Механика жидкости и газа, (4):47–58, 2020.

0:00 Интро
0:48 Начало доклада
1:07 Введение
2:16 Цель и задачи
2:59 Экспериментальная установка. Структура
5:59 Принцип работы установки
7:47 Аналитическая модель
10:05 Результат моделирования
10:30 Использование преобразования Фурье
11:08 Аналитическое решение
11:25 Экспериментальные результаты
12:15 Сравнение эксперимента и теории
12:31 Проверка аналогии
14:41 Выводы
15:25 Вопросы

Новый физтех: https://physics.itmo.ru/ru

https://www.facebook.com/physics.itmo
https://www.twitter.com/physics_itmo
https://www.instagram.com/physics.itmo


#Новыйфизтех_проекты #ITMO #новыйфизтех