Иванов Б.Н. Мир физической ГИДРОДИНАМИКИ:
От проблем турбулентности до физики космоса. № 235. Изд. стереотип.

Оглавление

Предисловие

Одной из черт современного естествознания является исследование нелинейных систем и систем далеких от равновесия. Гидродинамика хорошо приспособлена для решения подобного рода задач. Действительно, в состоянии равновесия макродвижения невозможны, а сами движения сред есть предмет гидродинамики. И далее, в гидродинамике сильно развиты нелинейные эффекты (нелинейная среда). Соответственно сложны и нелинейны гидродинамические уравнения. Это затрудняет прямое их исследование и решение. Частично эту нишу заполняет эксперимент (численный на ЭВМ и лабораторный). Замечательный анализ этих вопросов дан в заметках акад. В.Ч.Захарова в §7.3 и Р.Фейнмана в §7.5.

Гидродинамика, вместе с физикой плазмы, могут стать исходной базой для формирования "нелинейного" физического мышления. При этом в рамках гидродинамики нелинейные объекты выступают наглядно и зримо (например, крутые морские волны).

Академик Б.Б.Кадомцев в одном из интервью (1990 г.) по этому поводу заметил: "Исследования плазмы оказались благодатнейшей областью для создания нового физического мышления, хотя практические применения есть уже сейчас....Плазма мне напоминает живое существо. Чтобы хоть отдаленно приблизиться к пониманию плазмы, потребовалась новая система знаний – физика нелинейных явлений и физика сложных объектов... Исследования плазмы ведут ученых к пониманию процессов упорядочения структур, самоорганизации вещества, стремления неживого к подобию живого".

Во второй половине XX столетия появились фундаментальные математические и физические идеи, сформировавшие представление о так называемом детерминированном хаосе, возникающем в нелинейных классических системах, подчиняющихся динамическим законам. Дело в том, что хорошо известные результаты, связанные с однозначностью и предсказуемостью поведения тел и частиц в полях, течений жидкостей и газов, оказались справедливыми лишь для устойчивых режимов движения. Поведение таких динамических нелинейных систем (даже совсем простых) в режиме неустойчивости становится хаотичным и непредсказуемым. Однако хаос в указанных условиях оказывается упорядоченным, и его структура подчиняется определенным правилам.

Все разделы физики, разве что кроме ее квантовых частей, допускают обобщение на нелинейность в "экстремальных" условиях. Представление о детерминированном хаосе становится универсальным в физике. В гидродинамике оно связано с ключевым понятием турбулентности (см. в дальнейшем §7.6).

Какой способ изложения избран в предлагаемой книге? Автор исходил из простейшего уравнения гидродинамики – уравнения Бернулли и на его основе рассмотрел довольно широкий круг вопросов. При этом сам рассматриваемый материал взят из наиболее актуальных областей приложения гидродинамики (например, кумулятивные эффекты, кавитация, движение сжимаемых жидкостей и др.). Качественно дается представление также об уравнении Навье–Стокса и связанных с ним явлениях. В целях математической простоты автор широко пользуется соображениями размерностей и симметрии и оценками результатов лишь по их порядку величины. Рассмотрение материала в книге ведется в основном с использованием системы единиц СИ.

Как пользоваться принятой в книге нумерацией формул и рисунков? В номерах формул (и рисунков) сначала указан номер параграфа, в котором использована эта формула (рисунок), а затем порядковый номер формулы (рисунка). Например, ссылка на формулу (11.3), означает, что нужно обратиться к §11, а рис.6.2 отыщется в §6.

На кого рассчитана предлагаемая книга?

Прежде всего на широкий круг лиц, интересующихся достижениями и развитием современного естествознания, которым автор уделил много внимания. Так, большинство параграфов изложено лишь на качественном уровне, математика дана в форме начал анализа (в рамках школьной программы), текст хорошо иллюстрирован, приведена библиография обзорных работ ведущих специалистов в своих областях (опубликованных в популярных изданиях).

Идейный багаж современной гидродинамики значительно пополнился и усложнился, а сфера ее применения (в форме различных обобщений: магнитная гидродинамика, геофизическая гидродинамика и др.) необычайно расширилась. В связи с этим книга может оказаться полезной физикам, гидродинамикам, астрофизикам, геофизикам. Студенты и преподаватели соответствующих специальностей могут найти в книге немало материала для использования в учебном процессе.

Представление книги (выдержки из рецензии)

Книга охватывает широкий спектр применений гидродинамических концепций в различных разделах естественных наук. Удачно показан универсальный характер многих законов и моделей, первоначально возникших в гидродинамике и распространенных затем как на смежные, так и на довольно далекие разделы физики, механики и т.д., что придает изложению зачастую и мировоззренческий характер.

Постепенность ознакомления читателя с явлениями этой сферы позволяет автору достаточно корректно и с незначительными потерями популяризировать весьма сложные положения гидродинамической науки. Язык книги сбалансирован и не переусложнен. Исторические экскурсы, в общем, адекватны оценкам, сформировавшимся в научном сообществе.

...Описание применений гидродинамики к ядерной физике, космологии и т.д. в целом правильно, хотя и заметно схематизировано. Впрочем, изложение этих вопросов могло бы стать предметом отдельной книги.

Список опечаток

Об авторе

Иванов Борис Николаевич

Участник Великой Отечественной войны. После войны учился в Петрозаводском государственном университете, диплом писал в Черновицком государственном университете. После окончания аспирантуры Института физики Академии наук Украины (Киев) работал научным сотрудником Радиотехнического института Государственного комитета по атомной энергии (Москва). Впоследствии научный сотрудник Института высоких температур Академии наук СССР (Москва). Участвовал в совместных работах этого института с Институтом атомной энергии им. И. В. Курчатова.

Научные труды: «Новая физика. Обзор основных принципов современной физики» (вышла в переводе на английском, французском, арабском языках, а также на немецком языке (ГДР, Берлин — два издания)), «Законы физики» (М., URSS; вышла на английском языке), «Мир физической гидродинамики. От проблем турбулентности до физики космоса» (М., URSS).