首次观察到流体共振频率的稳定环面！涡环的动力学由外围结构主导

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拉罗什实验室、巴黎迪德罗大学和里昂大学的一组科学家，收集了稳定流体环面共振频率的第一次测量结果，用来收集这些观测的方法，在发表在《物理评论快报》上的研究论文中概述了可以对涡环中瞬时出现的各种大规模结构进行建模。涡环是环状漩涡，可以在各种设置下出现在液体和气体中。在自然界中，有几个这样的涡环的例子，包括潜水员或海豚产生的水下气泡环，烟环和人类心脏中的血环，进行这项研究的研究人员之一埃里克·法尔肯(Eric Falcon)表示：

尽管已经证明，涡环的动力学由其外围的大型结构主导，但控制它们出现的机制，还没有得到很好的理解，这在很大程度上反映了在控制良好条件下产生稳定液体环面的实验困难，正是在这种情况下，研究人员希望使流体环稳定。物理学家Hermann von Helmholtz首先对涡环进行了深入分析。从那时起，几位研究人员一直在广泛研究它们的形成，动力学和碰撞。过去的研究发现，在实验室环境中，通过将流体推出孔外，通过将固体盘撞击到静止的流体中，或者当液体滴落到另一种液体中时，可以在实验室环境中产生短暂的涡流环。

然而，在这些实验中产生的液环很快就变得不稳定并分解成单独的液滴。漩涡环，就像烟环一样，在自然界中无处不在，但它们的动力学还没有被很好地理解，部分原因是它们的瞬态性质。在研究中，能够使用液态金属稳定地产生一个流体环(或环面)，这使科学家们能够研究流体环面反应的频率。为了形成一个不会随着时间迅速消失的稳定流体环面，研究人员使用了水银，一种不会湿润与之接触的表面液态金属。研究人员在一个固体圆柱体的外围注入汞，这形成了一个稳定的液体环。

实心圆柱体防止了圆环内周缘的起伏，否则将没有限制来最小化其表面。这项新技术使研究人员能够对受到振动的流体圆环共振频率进行第一次测量：液体环看到振荡出现在其外周，这些波瓣形状的图案在某些所谓的共振频率下被放大。观察到的液体圆环外径约为4厘米，其纵横比大约是典型糖果甜甜圈的两倍，创造的流体环位于垂直振动的平板上，其频率和振幅分别低于65 Hz和0.5 mm。与这种振动相对应的加速度，低于地球重力加速度的一半。

研究人员使用一种基于激光的光学测量方法来精确测量环面外周的水平振荡。还能够使用直接放置在液环上方的相机来实现对旋涡的直接可视化。使用这种精确的光学方法，随着振动频率的增加，能够观察到多达25个波瓣出现在环的外围，并且能够表征相应的不稳定区域。收集了观察结果，研究人员试图根据现有的物理理论来解释它们。比较实验结果，成功地将瑞利勋爵在1879年提出的通常液滴模型应用于流体环面，测量也能让研究人员间接推断圆环体的几何属性。

研究人员收集的独特测量结果，可能会对流体力学和物理研究的其他领域产生一些有趣影响。例如，该方法可以用来模拟在各个领域研究涡环中瞬时出现的大规模结构，包括等离子体物理、生物物理或地球物理。在不久的将来，该实验很容易修改，以消除固体内部限制(被环形电位取代)，并在液体环的两极之间施加旋转流(”极向涡度“)，只需对液态金属施加电磁力即可。这样的配置应该能够更精确地揭示自然界观察到涡环中这些大规模瞬态结构的起源。