بینش جدید در مورد شکل گیری موج ضربه از سقوط نیوتنی در آب

امواج ضربه ای به دلیل رابطه آنها با بلایای طبیعی مانند سونامی ها مورد توجه مطالعات بیشماری بوده است. از آنجا که آنها می توانند از بسیاری از تنظیمات جغرافیایی مختلف ، از زمین لرزه های زیر دریایی گرفته تا زمین لغزش زیر دریایی تولید شوند ، این مطالعات بیشمار مکانیسم های مختلف محرک را در نظر می گیرند ، و در نتیجه تعداد زیادی از تجزیه و تحلیل ها که تا حدودی غیرقابل تحمل هستند. به طور مشابه ، و فقط در مورد زمین لغزش های فرعی ، برای آشکار کردن پویایی این امواج ، فیزیکدانان رویکردهای مختلفی را اتخاذ کرده اند ، از بلوک های جامد گرفته تا محیط دانه ای که از طریق بدن آب نفوذ می کنند.

از آنجا که دانشمندان با تعداد زیادی از خصوصیات اسلایدها و زمین که بر پویایی امواج تأثیر می گذارند ، مواجه شدند ، این مقادیر به عنوان اعداد بدون بعد گروه بندی شده اند تا مدل های نیمه تحلیلی را توسعه دهند که این اعداد را با خصوصیات موج معنی دار مانند حداکثر دامنه موج مرتبط می کند. متأسفانه ، چنین مدلهایی پس از نفوذ اسلاید از طریق آب و موج شروع به انتشار می کنند - از این رو برای پیش بینی شکل گیری موج خیلی دیر شده است!

"با توجه به سهام اجتماعی در پشت این مطالعات ، پیش بینی تشکیل موج از شرایط اولیه قبل از حرکت اسلاید مهم است."به پیشرفت در مهندسی. نویسندگان در کار اخیر خود که در حال حاضر در ژورنال منتشر شده اند ، در حال حاضر در ژورنال منتشر شده است ، و این ویژگی های مشترک از رویکردهای التقاطی در ادبیات متمایز است: برای آنها ، این خواستار یک مدل سازی متعارف است که از شر اثرات ثانویه خلاص می شود تا فقط روی آن تمرکز کندترکیبات مشترک بین همه این شرایط. وی گفت: "ما برای سنتز فیزیک به مواد اصلی مفید و حیاتی پیدا کرده ایم. به عنوان مثال ، در مقایسه با بلوک های جامد ، رسانه های دانه ای ماده اساسی تغییر شکل پذیری اسلاید را به وجود می آورند. اما متأسفانه ، با سایر مواد تشکیل دهنده ای که به سختی قابل تفکیک هستند ، مانند تخلخل اسلاید و اتساع می شود ... این می تواند ساده شود. "

در مطالعه خود، گروهی از محققان از تولوز یک مدل مصنوعی از امواج ضربه ای تولید شده توسط زمین لغزش های زیر هوایی را پیشنهاد کردند. اساساً، چنین امواجی با انتقال انرژی از یک سرسره در حال سقوط به یک بدنه آبی که در طول سقوط جابجا می شود، تولید می شوند. نویسندگان انتظار داشتند که انتقال انرژی با سقوط و تغییر شکل لغزش و در نتیجه با اینرسی و اتلاف آن تغذیه شود. بنابراین، برای بررسی تشکیل یک موج ضربه ای، آنها فروپاشی ستونی از لغزش نیوتنی از هوا به آب را پذیرفتند. نویسندگان با انجام شبیه سازی های سه فازی دوبعدی، تأثیر اینرسی لغزش (نسبت چگالی لغزش به آب) و اتلاف (نسبت ویسکوزیته لغزش به آب) را فراتر از مقادیر آزمایشگاهی و ژئوفیزیکی برای به دست آوردن درک و در نتیجه ارائه یک پیش بینی بررسی کردند. مدل تشکیل موج

تیم تحقیقاتی نشان داد که فروپاشی ستون اسلاید نیوتنی موفق به ثبت فیزیک تشکیل موج شده است. از غلتک ها تا امواج منفرد مانند، انواع مختلفی از امواج شناخته شده با این فیزیک بازیابی شدند، و همینطور همبستگی طولانی مدت بین حداکثر دامنه موج η._{0، حداکثر}و حداکثر سرعت جلوی لغزش - به شکل بدون بعد، حداکثر عدد فرود Fr_حداکثر.

به گفته محققان، تشکیل یک موج خاص در بین سه مورد مشاهده شده توسط تعامل بین اتلاف ویسکوز و اینرسی لغزش تعیین می شود، "زیرا این چیزی است که دینامیک اسلاید را کنترل می کند". حداکثر دامنه موج معمولاً با حداکثر سرعت جلوی لغزش از طریق یک رابطه η مرتبط است._{0، حداکثر}(فر_حداکثر) زیرا در واقع، رشد موج توسط سینماتیک سطح مشترک لغزش-آب تغذیه می شود. با این حال، این سینماتیک توسط دینامیک اسلاید کنترل می شود، که با عدد رینولدز که می توان آن را پیش بینی کرد، کمیت می شود.»در واقع، با یک مدل تحلیلی ساده و با شبیه سازی های عددی خود، محققان نحوه انتقال لغزش را از یک سقوط شتاب دهنده به رژیم اینرسی یا ویسکوز توصیف کردند و آنها موفق شدند حداکثر عدد رینولدز را تنها از شرایط اولیه محاسبه کنند. سپس حداکثر عدد فرود استنتاج شد و امکان پیش بینی نوع موج و حداکثر دامنه آن را فراهم کرد.

"ما در آنجا متوقف نشدیم. برای به دست آوردن درک عمیق و پیش بینی تکامل موج بدون استفاده از همبستگی ، ما می خواستیم به صورت تحلیلی توضیح دهیم که چگونه حرکت اسلاید رشد موج گذرا را تغذیه می کند. "مدل های آنها رشد موج را فقط با حفاظت از حجم ضبط می کند: در مدت زمان کوتاهی ، حجم آب توسط اسلاید جابجا می شود ، بنابراین مقدار مساوی باید از سطح آب هنوز به عنوان یک آشفتگی بالا رود. هرچه حرکت اسلاید سریعتر باشد ، حجم جابجایی در هر واحد بیشتر ، آشفتگی آب بلندتر و سریعتر پخش می شود. تا زمانی که آشفتگی ها از اسلاید فرار نکنند ، سقوط اسلاید به عنوان تجمع چنین آشفتگی ها ، موج را تغذیه می کند. هنگامی که آشفتگی ها سریعتر از اسلایدها سعی در تغذیه آنها می کنند ، موج از بین می رود: این پایان نسل موج است."علی رغم سادگی ، این استدلال همبستگی η را ضبط می کند_{0، حداکثر}(فر_حداکثر) ، بنابراین با ترکیب همه عناصر در کنار هم ، اکنون می توان حداکثر دامنه موج را مستقیماً از شرایط اولیه تخمین زد!"اظهارات گروه تحقیق.

ارجاع

Kriaa ، Q. ، Viroulet ، S. ، & Lacaze ، L. (2022). مدل سازی امواج ضربه ای که توسط یک فروپاشی چسبناک در آب ایجاد می شود. مایعات بررسی فیزیکی ، 7 (5).