Reynoldsovo číslo: velikost a hodnota

V tomto článku se podíváme na číslo Reynoldsu a ukážeme jeho hodnoty. Dále budeme diskutovat o významu objevu vědce pro důkaz sebeorganizace ve hmotách a v důsledku toho pro začátek nového, post-neklasického období vědy.

Nenápadný začátek

Věda, stejně jako všechny aspekty lidského života, se rozvíjí postupně. A začátek další fáze vývoje bez povšimnutí. Zpravidla, chápání dalších paradoxů (a vždy a všude), někdo obyčejný vědec, kvůli zvědavosti nebo zjednodušení, dává definici, zaznamenává vzorec a odvodí vzorec. Po nějakou dobu každý používá tento objev, často nevěnuje pozornosti své všestrannosti nebo překvapivé užitečnosti. A pak přijde genius (který se nejčastěji nepovažuje za takového), vyjadřuje něco revolučního a objevuje se dobře známý fakt, který potvrzuje nové teorie.

Takže to bylo s Maxem Planckovým kvantou: představil svůj vzorec pro jednoduchost. Jen Einstein si uvědomil důležitost svého předpokladu. Takže to bylo s Mendelem, který našel dědičnost znamení hybridních rostlin zajímavý. Jeho práce byla široce kritizována, dokud Karl Correns neprokázal, že je spravedlivý. Takže to bylo s Reynoldsem: studoval toky vody, představil kritérium, kterým byl stanoven laminární tok před námi nebo turbulentní. Jeho vzorec použili vědci, kteří se zabývají vodními turbínami, aniž by předpokládali, jak důležitý je tento vztah prokázat vlastní organizaci látky.

Životopis Osborne Reynolds

Uvedený vědec se narodil v první polovině devatenáctého století v rodině kněze v Anglii ve městě Belfast. Od poměrně brzkého věku měl rád mechanismy, pohyblivé části strojů, pracoval v dílně. Vystudoval prestižní univerzitu v Cambridgi a poté vyučil v menšinovém titulu Manchester.

Celý svůj život se věnuje pozornému studiu různých jevů z oblasti mechaniky, výměny tepla, elektřiny, magnetismu, astrofyziky a turbulence. Se zvláštní péčí Reynolds připravoval experiment: být talentovaným mechanikem, přemýšlel nad všemi procesy s nejmenšími detaily a snažil se vyloučit parazitní jevy. Šikovně spojil mistra všech obchodů a zamyšleného vědce. Vzal na vědomí tajemství vědy, které by bylo možné vyřešit trpělivostí a mnoha hodinami pozorování.

Jak čtenář vidí, nejsou žádné záblesky, náhlé vlivy, výkřiky: "Našel jsem to!" Pouze každodenní rutina korozivního vědce. A jako výsledek - hodně objevů, mezi nimi i slavné číslo Reynolds.

Co se nazývá číslo reynolds

Voda je kolébka života na naší planetě. Dokonce i tehdy, když se teorie panspermie a složitých organických molekul na kometách stala skutečností, jak to lidé vidí teď, život začal v prvních oceánech.

Vlastnosti vody nikdy nezaniknou. A pokud vědci nyní studují strukturu, že tato tekutina vytváří extrémní tlak a teplotu, v devatenáctém století se divili, jak to proudí. Zejména to, co odlišuje laminární tok od turbulentního.

Reynoldsovo číslo je bezrozměrné množství, které určuje kolik viskozita kapaliny schopný zabránit přímočarému pohybu jeho částic při dané rychlosti. V průtoku má každá částic tendenci posunout se dopředu, nejlépe co nejkratší možnou cestou. Avšak všechny molekuly tekutiny jsou spojeny a nemohou existovat navzájem odděleně. Síla tohoto spojení také určuje viskozitu. Čím vyšší je, tím těžší tekutina přijímá nové formy a vzdává se svých molekul. Voda teče snadno, med - těžší. Bitumeny mají nejvyšší viskozitu. Thomas Parnell z univerzity v Queenslandu nalil svou odrůdu - hřiště - do nálevky. První kapela klesla o osm let později.

Takže viskozita brání pohybu kapalných částic podél nejkratší cesty. Podle toho, v závislosti na rychlosti proudění, se částice pohybují víceméně rovnými (laminárními) nebo překonávají odpor celého objemu kapaliny, začínají se náhodně mísit a vytvářet mini-víry (toto se nazývá turbulence). Reynoldsovo číslo má další definice.

Další definice čísla Reynoldsova čísla

Z matematických pojmů to znamená poměr nelineárních a disipativních termínů v Navierově - Stokesově rovnici, která popisuje šíření vlny s konečnou amplitudou v médiu.

Reynoldsovo číslo také určuje vztah mezi kinetické energie ztráty tekutin a energie na jednotku délky (vlivem vnitřního tření). Vzorec pro tento indikátor je:

Re je číslo Reynoldsova čísla, ρ je hustota kapaliny, Dg je hydraulický průměr, v je charakteristická rychlost, η je dynamická viskozita kapaliny, μ je kinematická viskozita kapaliny, Q - objemový průtok, A - oblast průřezu potrubí).

V akustice je vzorec jiný:

Re _a = ρvC0 / ob (C0 - rychlost zvuku v této tekutině, ω je kruhová frekvence, b je parametr rozptylu).

Pro Reynoldsovo číslo, v závislosti na látce tvořící průtok, drsnost a tvar potrubí, existuje určitý kritický ukazatel. To také závisí na tom, zda je průtok bez překážek nebo zda kapalina protéká kolem něčeho (například kovové koule).

Navíc hodnota Reynoldsova čísla ukazuje, že tok je stále laminární nebo již turbulentní. Tam je také nějaký mezitímní stav toku, když už nemůže být nazván jednotný. Zároveň však stále nesplňuje požadavky na turbulence. Toto číslo značky Reynolds pro vodu v ideální trubce je 2100.

Hodnota vědy určuje počet Reynoldsů

Již jsme zmínili výše, že nová období vědy začínají být relativně bez povšimnutí. Také čtenář jistě již uhodl, že tu zde není jen hodnota, která je spojena s velmi specifickou oblastí - tokem tekutin. Začněme příběh z dálky.

Reynolds zemřel v roce 1912. O pět let později se narodila v Moskvě Ilya Romanovič Prigogine a o deset let později v Německu - Hermann Haken. V polovině dvacátého století tyto dva lidé prohlásili nové období vědy nazvané "post-non-klasické". To pokračuje nyní. Jeho základ je založen na relativně nové disciplíně - synergetice.

Synergetics

Tato věda nerozděluje biologii, chemii, fyziku a geologii. Všechny tyto sekce jsou zajímavé synergetiky, protože zkoumají otevřené nerovnovážné systémy, které jsou schopné sebeorganizace. Nikde nenajdeme přímé studium jevů. Jakákoli věda staví modely, ale většina z nich je statická. Dokonalé vakuum absolutní nula v učebnicích. Ale ve skutečnosti jsou takové podmínky nedosažitelné. Jakékoli dva souvislé systémy vyměňují hmotu nebo energii, takže všechny procesy probíhají za podmínek před rovnováhou.

Sebeorganizace

A když nějaký volumetrický objekt (například voda v hrnci), který se skládá z velkého množství prvků, přijímá energii zvenčí (ohřeje se), pak se v určitém okamžiku mění její chování.

V škole jsme vždycky říkali, že varem je chaotický proces, molekuly se už nevejdou do koherentního fluidního systému a začnou se pohybovat různými směry nekonzistentním způsobem. To však není zcela pravdivé. Pokud existuje velký počet prvků, jestliže jeden atom "běžel" nahoru, existuje možnost, že několik tuctů sousedních atomů se bude pohybovat nahoru současně. Tak bude nějaký čas hromada vody, ve které se částice chovají stejným způsobem.

To je podstatou sebeorganizace: v nerovnovážném systému mnoha složek se někteří z nich chovají stejným způsobem v malých časových a prostorových prostorech.

Turbulence a sebeorganizace

Myšlenka sebeorganizace, jak ji čtenář vidí, je docela jednoduchá. Důkaz koherentního chování je mnohem komplikovanější. Pozoruhodný ruský vědec Klimontovich, vycházející z paradigmatu synergie, odvodil: pro přechod jakéhokoli systému od chaosu k sebeorganizaci odpovídá jeden parametr. Když překročí určitou kritickou hodnotu, úroveň obtížnosti se zvýší. Stejný vědec poprvé na světě dokázal, že pro turbulentní pohyb tekutiny je toto kritérium Reynoldsovo číslo. Indikátor, který byl používán téměř padesát let, se tak stal klíčem pro objev nového období ve vědě.