Учёные с помощью 3D-печати опровергли гипотезу лорда Кельвина — она 150 лет входила в учебники по гидродинамике

Вопреки предположению британского физика 19 века, изотропный геликоид не вращается в жидкости при движении.

Специалисты Уэслианского университета опровергли гипотезу британского физика Уильяма Томсона, более известного под именем лорда Кельвина. Учёные напечатали на 3D-принтере описанные им изотропные геликоиды и убедились, что эти тела необычной формы движутся в жидкости так же, как любые симметричные тела — без вращения. Об этом учёные рассказали в журнале Physical Review Fluids.

Лорд Кельвин предложил изотропные геликоиды как пример тел с необычными гидродинамическими свойствами. Они имеют полностью симметричную форму и испытывают одинаковое давление жидкости со всех сторон, как обычные шары. Но при движении в жидкости — например, опускаясь на дно сосуда — изотропные геликоиды должны вращаться. Такую гипотезу, подкреплённую расчётами, Уильям Томсон выдвинул в статье 1871 года.

Проверить её на практике было крайне сложно — для этого нужно изготовить крайне симметричные тела с помощью высокоточных инструментов. Работу Томсона посчитали верной на теоретическом уровне, и этого оказалось достаточно, чтобы гипотеза закрепилась в гидродинамике на полтора века.

Сейчас 3D-принтеры позволяют добиться нужной точности, чем и воспользовались американские учёные. Они напечатали пять разных тел, которые полностью подходят под критерии лорда Кельвина, и бросили в ёмкость с силиконовым маслом. Вопреки ожиданиям, все пять изотропных геликоидов пошли ко дну без всякого вращения.

Дальнейшие расчёты показали, что жидкость действительно может оказывать неравномерное давление на изотропные геликоиды при движении, но этот эффект слишком мал, чтобы вращать их. Возможно, «правильный» кельвиновский геликоид и существует, но его форма должна быть намного сложнее. Сейчас учёные собираются найти такую форму.

Неудача с изотропными геликоидами — не единственный промах лорда Кельвина. Так, он упорно считал, что Земле не больше 40 миллионов лет (и на этом основании отрицал теорию Дарвина), а самолёты и воздушные шары называл практически бесполезными изобретениями.

#новости #физика