Макроскопические вихри на поверхности сверхтекучего He II - Левченко, А.А.; Межов-Деглин, Л.П.; Пельменёв, А.А. (Физика низких температур, 2018)
Визуализация явлений на поверхности сверхтекучего He II легкими стеклянными трассерами, локализованными в тонком слое под поверхностью жидкости, позволила впервые наблюдать возникновение
на поверхности сверхтекучей жидкости в вибрирующей ячейке вихревого течения и двумерных макроскопических вихрей, которые образуются в результате нелинейного взаимодействия между неколлинеарными фарадеевскими волнами. Стоячие фарадеевские волны возбуждаются на поверхности He II
при вертикальных колебаниях ячейки с относительным переменным ускорением выше порога параметрической неустойчивости β > βс ≈ 0,04. Обнаружено, что при интенсивной волновой накачке на частоте
40 Гц и длительной выдержке в течение ~ 270 с зависимость кинетической энергии вихревой системы
от волнового вектора Е(k) при k ≥ 4,5 см⁻¹ можно описать степенным законом вида Е(k) ~ k ⁻³
, т.е. в системе
макроскопических вихрей, порождаемых волнами на поверхности слоя He II глубиной ~0,4 см в вибрирующей ячейке, со временем может сформироваться не только обратный, но и прямой турбулентный
каскад. Візуалізація явищ на поверхні надплинного He II легкими
скляними трасерами, які локалізовані у тонкому шарі під поверхнею рідини, дозволила вперше спостерігати виникнення
на поверхні надплинності у вібруючій комірці вихрової течії
та двовимірних макроскопічних вихорів, які утворюються у
результаті нелінійної взаємодії між неколінеарними фарадеївськими хвилями. Стоячі фарадеївські хвилі збуджуються на
поверхні He II при вертикальних коливаннях комірки з відносним змінним прискоренням вище порога параметричної
нестійкості β > βс ≈ 0,04. Виявлено, що при інтенсивному
хвильовому накачуванні на частоті 40 Гц та тривалій витримці протягом ~ 270 с залежність кінетичної енергії вихрової
системи від хвильового вектора Е(k) при k ≥ 4,5 см⁻¹ можна
описати степеневим законом вигляду Е(k) ~ k⁻³
, тобто в системі макроскопічних вихорів, що породжуються хвилями на
поверхні шару He II глибиною ~ 0,4 см у вібруючій комірці, з
часом може сформуватися не тільки зворотний, але й прямий
турбулентний каскад. The visualization of phenomena on the surface of superfluid
He II by light glass tracers localized in a thin layer below the
surface of a liquid made it possible to observe for the first time
the appearance of a vortex flow and two-dimensional macroscopic vortices on the surface of a superfluid liquid in a vibrating
cell that are formed as a result of a nonlinear interaction between
noncollinear Faraday waves. Standing Faraday waves are excited
on the He II surface with vertical vibrations of the cell with a
relative variable acceleration above the threshold of the parametric instability β > βс ≈ 0.04. It was found that, with intense wave
pumping at a frequency of 40 Hz and a prolonged exposure for
~ 270 s, the dependence of the kinetic energy of the vortex system on the wave vector E(k) at k ≥ 4.5 cm⁻¹ can be described
by a power law of the form Е(k) ~ k ⁻³
, i.e., in a system of macroscopic vortices generated by waves on the surface of a He II layer
with a depth of ~ 0.4 cm in a vibrating cell, in time, not only the
inverse but also the direct turbulent cascade can form.