Физики выяснили, как песчаная дюна обходит препятствие
Дюны могут создать много проблем для нашей инфраструктуры. Но ученые теперь показали, что их появление можно спрогнозировать. Это позволит открыть новые методы борьбы с этими песчаными структурами
Песчаные дюны образуются, когда ветер или вода перемещают множество песчинок. По мере миграции эти дюны могут засыпать препятствия на своем пути, подвергая опасности такие инфраструктуры, как дороги и трубопроводы. Несмотря на высокую опасность этих природных явлений, до сих пор не существовало достаточно точных моделей, позволяющих предсказать, что произойдет, когда песчаные дюны столкнутся с препятствиями.
Теперь исследователи из Кембриджского университета изучили в упрощенной двумерной установке динамику движения дюн под водой. Работа показала, что результат взаимодействия дюны и препятствия — независимо от того, пересекает ли дюна препятствие и продолжает свой путь или останавливается — можно предсказать, проанализировав, как жидкость обтекает препятствие в отсутствие песка перед ним. Результаты могут помочь в разработке быстрых инструментов для прогнозирования воздействия дюн на инфраструктуру.
Установка исследователей состоит из кольцевого канала, в котором потоки воды создаются движением лопастей. Песок имитируют стеклянные шарики на полу канала, а препятствия представляют собой полистирольные цилиндры и призмы. Исследователи заметили, что поведение дюн определяется скоростью потока, размером и формой препятствий. Основной результат, по словам авторов, заключается в том, что динамика дюны может быть связана с особенностями течения в непосредственной близости от препятствия.
Исследователи признают, что результаты не применимы напрямую к реальным дюнам, так как эксперимент в значительной степени задействовал лишь два пространственных измерения этих объектов. Также его результаты неприменимы к дюнам, образующимся из-за ветра, подобным тем, которые встречаются в пустынях. Тем не менее, по словам авторов, эти более сложные ситуации можно смоделировать при помощи разработанных программ.
Статья авторов опубликована в журнале Physical Review Fluids.
