لصعوبة معادلة نافييه-ستوكس التي تصف سلوك الموائع، من يسهل حلها يحصل على 1,000,000 دولار من CMI
فائزين بجائزة نوبل بوصف فيزياء الاضطراب بنظام التدفق لهما اقتباسي شهيرين:
"عندما اقابل الرب ساساله عن النسبية والاضطراب، اعتقد انه يملك جواب للاولى فقط!!"
-فيرنر هايزنبرغ
📍سلسلة
فائزين بجائزة نوبل بوصف فيزياء الاضطراب بنظام التدفق لهما اقتباسي شهيرين:
"عندما اقابل الرب ساساله عن النسبية والاضطراب، اعتقد انه يملك جواب للاولى فقط!!"
-فيرنر هايزنبرغ
📍سلسلة
من اعقد واجمل العلوم في ميكانيكا الموائع (Fluid Mechanics) هو تغير نظام التدفق. الجميع يلاحظ هذا التغير بالدخان الناتج من حرق السقارة وكيف يبدأ الدخان بالصعود بشكل منتظم حتى يضطرب. هذا التغير جدًا مهم بكثير من التطبيقات ولعل منها سريان الدم بجسم الانسان وحتى الهواء حول الطائرات!!
في عام 1883، عالم إيرلندي يسمى أوزبورن رينولدز أجرى دراسات تجريبية لكي يختبر العلاقة بين السرعة وسلوك حركة الموائع. ولهذا الغرض، فقد أجرى العالم أوزبورن رينولدز تجربة حيث وضع صبغة منتصف مياه صافية، لكي يرى حركة المائع من خلال أنبوب زجاجي.
دراسة أوزبورن رينولدز كانت بعنوان " تجربة للتحقق من الظروف التي تحدد ما إذا كانت حركة الماء فالأنبوب ستكون منتظمة (Laminar) أم مضطربة (Turbulent)."
أهمية رقم رينولدز هي لتصنيف نظام المائع ما إذا كان تدفق المائع منتظم أم مضطرب. حيث التدفق المنتظم يتميز بحركة سلسة، وحركة جزئيات المائع تكون في مسارات منتظمة. بينما التدفق المضطرب يتميز بحركة غير منتظمة لجزئيات المائع.
رقم رينولدز له حالتين وهما السريان الداخلي والسريان الخارجي. حيث السريان الداخلي مثل سريان المائع داخل أنبوب، أما السريان الخارجي مثل سريان المائع على سطح لوح. ويختلف النطاق الذي يحدد ما إذا كان التدفق منتظم أم مضطرب بناءً على الحالة وقيمة رقم رينولدز.
حيث إذا كانت الحالة للسريان الداخلي فالنطاق هو؛ إذا كانت قيمة رقم رينولدز أقل من أو يساوي 2300 فيعتبر تدفق منتظم أما إذا كان أكثر من أو يساوي 4000 فيعتبر التدفق مضطرب.
بينما في حالة السريان الخارجي فالنطاق هو؛ إذا كانت قيمة رقم رينولدز أقل من خمسمئة ألف فيعتبر منتظم أما إذا كان أكبر من خمسمئة ألف فالسريان مضطرب.
رقم رينولدز له تطبيقات واسعة، تتراوح من تدفق السائل في أنبوب إلى مرور الهواء فوق جناح الطائرة. مثل نموذج طائرة في نفق هوائي، وحركة الهواء أو الماء في الارض وبالتالي توقع آثار الأرصاد الجوية والمناخية المرتبطة بها، وحتى سريان الدم بالجسم!!!
الاضطراب في كل مكان حولنا، ولكنه عادة ما يكون غير مرئي. ما عليك سوى تحريك يدك أمام وجهك وستقوم بإنشاء اضطرابات للتدفق، حتى لو لم تتمكن من رؤيتها بالإمكان الإحساس بها. على سبيل المثال؛ ناسا قامت بتجربة على طائرة بحيث يكون الغاز مرئي بلون احمر للتمكن من رؤية سلوك التدفق 🤯
غير طبيعي!!
قبل ظهور التقنيات الحديثة لأجهزة استشعار التدفق بوقت طويل، كان هناك من كان مفتونًا بتنوع أنماط التدفق المعقدة. كان العالم والفنان والمهندس ليوناردو دافنشي من أوائل من تصوروا هذه التدفقات، حيث جمع بين مهارات المراقبة الشديدة والموهبة الفنية التي لا مثيل لها لمحكاتها.
قبل ظهور التقنيات الحديثة لأجهزة استشعار التدفق بوقت طويل، كان هناك من كان مفتونًا بتنوع أنماط التدفق المعقدة. كان العالم والفنان والمهندس ليوناردو دافنشي من أوائل من تصوروا هذه التدفقات، حيث جمع بين مهارات المراقبة الشديدة والموهبة الفنية التي لا مثيل لها لمحكاتها.
لكي يتم اعتبار الاضطراب مشكلة محلولة في الفيزياء، نحتاج إلى أن نكون قادرين على إثبات أنه يمكننا البدء بالمعادلة الأساسية التي تصف حركة السوائل ثم حلها للتنبؤ، بالتفصيل، بكيفية تحرك السائل تحت أي مجموعة معينة.
من إن عدم قدرتنا على القيام بذلك بشكل عام هو السبب الرئيسي الذي يجعل العديد من الفيزيائيين يعتبرون الاضطراب مشكلة لم يتم حلها ويصعب حلها برغم ان اكثر الأبحاث العالمية الآخيرة كانت تركز على هذهِ المشكلة.
لماذا هي معقدة اذًا؟؟؟ فهم سبب التحول من تدفق منتظم الى مضطرب وعلى هذا الامر بذكر مقولة لعالم فيزيائي شهير وهو Werner Heisenberg، واعوذ بالله من الكلام الذي نطق فيه ولكن لتوضيح صعوبة الامر بذكره؛ " عندما اقابل الرب ساساله عن النسبية والاضطراب، اعتقد انه يملك جواب للاولى فقط!!"
فاز فيرنر هايزنبرغ بجائزة نوبل عام 1932 لمساعدته في تأسيس مجال ميكانيكا الكم وتطوير الأفكار التأسيسية مثل تفسير كوبنهاجن.
المعادلة الأكثر استخدامًا لوصف تدفق السوائل هي معادلة نافييه-ستوكس
the Navier-Stokes equation.
في الفيزياء ، تعتبر معادلات نافييه-ستوكس معادلات تفاضلية جزئية تصف حركة الموائع اللزجة، سميت على اسم المهندس والفيزيائي الفرنسي كلود لويس نافييه وعالم الرياضيات جورج غابرييل ستوكس.
the Navier-Stokes equation.
في الفيزياء ، تعتبر معادلات نافييه-ستوكس معادلات تفاضلية جزئية تصف حركة الموائع اللزجة، سميت على اسم المهندس والفيزيائي الفرنسي كلود لويس نافييه وعالم الرياضيات جورج غابرييل ستوكس.
في عام 2000 ، تم تحديد ما إذا كانت الحلول السلسة لمعادلة نافييه-ستوكس في ثلاثة أبعاد هي مشكلة الألفية، وهي واحدة من سبع مشاكل رياضية اختارها معهد كلاي للرياضيات في كامبريدج-ماساتشوستس في الولايات المتحدة للحصول على جائزة خاصة. حل كل مشكلة من مشاكل الألفية يساوي مليون دولار🤯.
بعد ما يقارب اكثر من 100 عام، لا تزال الجهود المبذولة لفهم الاضطرابات والتنبؤ بها ذات أهمية، حيث تلعب عوامل الاضطراب في تصميم الكثير من التقنيات الحديثة، من الطائرات إلى خطوط الأنابيب، وهي عوامل مهمة جدًا في التنبؤ بالظواهر الطبيعية المهمة مثل الطقس.
Richard Feynman ريتشارد فاينمان الحائز على جائزة نوبل الأمريكية في الفيزياء له اقتباس شهير عندما وصف ذات مرة الاضطراب بأنه "أهم مشكلة لم تحل في الفيزياء الكلاسيكية"، لأنه لا يوجد وصف للظاهرة من المبادئ الاساسية. لا يزال الاضطراب يعتبر أحد أهم ستة مشكلات لعلماء الرياضيات.
جاري تحميل الاقتراحات...