Физики выяснили, как песчаная дюна обходит препятствие

 Исследователи создали простую экспериментальную установку, позволяющую определить условия, при которых мигрирующая песчаная дюна пройдет через препятствие или остановится.

K. Bacik et al.

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.