Research press release


Nature Physics

Tying smoke rings in a knot


流体における混合や急激な乱流によって、渦と呼ばれる回転運動が生じることがある。これの一般的な例の一つはたばこを吸う人が吐き出す煙の輪で、折り重なって閉じたループを作る渦である。こうした渦の流体力学を解明できれば、例えば、気象学者が異常な大気の影響を予測するのに役立つ。しかし、実験室ベースの研究は、極めて単純な輪のみに限られている。今回、D KlecknerとW Irvineは、3Dプリンターで作った水中翼を用いて水中を通過させ、つながった輪と結び目になった渦を作り、画像化している。

「このような渦は、超伝導体、超流動体、太陽コロナや地球の磁気圏に見られるプラズマなど、驚くほど広い範囲に現れる」と、D Lathropは関連のNews and Viewsで述べている。したがって、今回の結果は入り組んだ渦を再現できることから、現実の世界のさまざまな系のモデル化が可能になる。

Structures similar to smoke rings that are linked and twisted are reported for the first time online this week in Nature Physics.

Mixing or sudden turbulence in a fluid can induce a rotational motion known as a vortex. A common example of this is the ring exhaled by a smoker, which is a vortex folded back on itself to create a closed loop. Understanding the fluid dynamics of such vortices helps meteorologists predict unusual atmospheric effects, for instance. However, laboratory-based studies have been limited only to very simple rings. Dustin Kleckner and William Irvine now create and image linked rings and vortices tied into knots using a 3D-printed hydrofoil passing through water.

“Such vortices appear in a surprisingly large range of phenomena including superconductors, superfluids and the plasmas found in the solar corona and the Earth’s magnetosphere,” says Daniel Lathrop in an accompanying News and Views article. The ability to recreate intricate vortices therefore enables modelling of a diverse range of real-world systems.

doi: 10.1038/nphys2560


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