Кратко о гидродинамике: ты помнишь, как всё начиналось?

Как показали комментарии к посту ^[1] о гидродинамических расчётах на планшете, существует объективная необходимость популярного обзора гидродинамики как таковой. Сразу стоит сказать, что в один пост всё уложить вряд ли получится, и, по-видимому, предстоит создать небольшую серию публикаций.

Однако начну, пожалуй, с рассказа о научной школе гидродинамики, сложившейся в послевоенные годы в Перми. Сейчас эта школа широко известна по всему миру (естественно, в соответствующих кругах) своими огромными фундаментальными наработками в области устойчивости равновесия и течений жидкости в самых различных условиях — при наличии неоднородного нагрева (конвекция Рэлея-Бенара), концентрации растворённой в жидкости примеси (термодиффузионные эффекты, конвекция Марангони), воздействии на сосуд вибраций разного направления (вибрационная и термовибрационная конвекция), нахождении друг над другом двух слоёв несмешивающихся жидкостей, конвективных течениях в невесомости под действием микрогравитации, и многих других.

При этом сама жидкость может как свободно плескаться в сосуде (просто гидродинамика), так и просачиваться через губки, фильтры, горные породы (теория фильтрации) и др. Отдельная, не менее мощная, чем вся школа (но выросшая всё же из неё) группа исследователей располагается в Институте механики сплошных сред УрО РАН и занимается вопросами магнитной гидродинамики (например, течение расплавленного металла под влиянием магнитного поля, если в прикладном плане, или движение плазмы на масштабах от небольших экспериментальных установок до галактик и Вселенной), в том числе проводит натурное моделирование возникновения магнитного поля Земли (проблема динамо) на залитой жидким натрием установке, а также работает в области теории турбулентности. Волей судьбы автор текста, будучи аспирантом, и сам принадлежит к свежему поколению этой школы.

А тогда, в 1946 году, фактически ссыльный Георгий Андреевич Остроумов, учёный без степени, вступил на должность и.о. заведующего кафедрой общей физики тогда ещё Молотовского университета. Ссыльным он был потому, что в 1930-е гг. на волне репрессий сперва был вынужден покинуть Центральную радиолабораторию Треста заводов слабого тока и перебраться сперва в Научно-исследовательский Морской Институт Связи, затем в НИИ музыкальной промышленности, в 1935 г. по «приглашению» НКВД переехал в Саратов, в 1937 г. всё же был арестован и по 1943 г. провёл в лагерях (Беломорканал, Усольлаг). В 1943 г. был освобождён из Усольлага, но с оставлением там на работе, и наконец в 1945 г. командирован в распоряжение треста «Сталинуголь», откуда и попал в Молотовский университет.

Остроумов Г.А.

На фоне Войны и её окончания Университет продолжал работу, выпуская очень немного, но выпуская. Среди первых послевоенных выпускников оказался Григорий Зиновьевич Гершуни, будущий профессор кафедры теоретической физики, считающийся вторым после Остроумова основателем Гидродинамической школы. О нём будет рассказано попозже. По окончании реорганизации факультета, Г.А. Остроумов решил всё же защитить кандидатскую диссертацию, первоначально планируя использовать материалы, полученные во время работы на «Сталинуголь». Однако в январе 1946 г. на физическом семинаре прозвучало сообщение об аномальном распределении температуры в нефтяной скважине в районе г. Краснокамск, которое и заинтересовало Георгия Андреевича. Он догадался, что аномалия вызвана конвекцией жидкости.

Сперва он подготовил и провёл эксперимент — модель скважины из стеклянной бюретки, снабженную системой термопар. В нижней части её добавил небольшую спираль накаливания для разогрева, сверху присоединил к большому резервуару-холодильнику. При теплоизоляции модели от окружающей среды и определённых условиях подогрева в модели устанавливался такой же режим теплообмена (т.е. распределение температуры), как и в скважине. После эксперимента, Остроумов решил «задачу Остроумова» — нашёл точное решение уравнений конвекции для его модели.

Прим. Бюретка — тонкая градуированная стеклянная трубка ёмкостью обычно 50 мл, открытая на одном конце и снабжённая стеклянным или тефлоновым запорным краном на другом. (ru.wikipedia)

Оформив эти результаты в виде кандидатской диссертации, Г.А. представил её в Совет Физического института АН СССР, и 12 апреля 1947 г. в присутствии назначенных Советом троих оппонентов, среди которых был Л.Д. Ландау, защитил её, сразу же получив степень доктора физ.-мат. наук!
Через год ВАК утвердила эту степень, а ещё через год ВАК утвердила Остроумова в звании профессора.

Всё это вместе взятое привело к тому, что университет пришёл в движение. Конвекцией занялась не только вся кафедра общей физики — ей занялись и физики-теоретики, и механико-математический факультет. В короткие сроки, за несколько лет, на волне успеха Остроумова было защищено ещё несколько кандидатских диссертаций. В 1952 г. Остроумов публикует монографию «Свободная конвекция в условиях внутренней задачи», где излагает все полученные результаты и признаётся в научном сообществе СССР как родоначальник направления физической гидродинамики.

Шапошников И.Г.

Работы по гидродинамике активно продолжили теоретики, несмотря на то, что кафедрой теоретической физики заведовал Иван Григорьевич Шапошников, металлофизик по профилю деятельности, в своё время участник исследовательской группы Е.К. Завойского — первооткрывателя явления электронного парамагнитного резонанса, и потому глубоко не затрагивавший гидродинамику. Первыми теоретиками-гидродинамиками стали Г.З. Гершуни, В.С. Сорокин, Е.М. Жуховицкий. О ярких работах в период 50-70 гг. упоминается мало — кафедра просто работала и развивалась по направлениям, указанным в начале статьи. Однако, в 70-е гг. АН СССР приняло решение об организации в тогда уже снова Перми академической лаборатории по физической гидродинамике в Институте механики сплошных сред, открытом в 1971 г. (ИМСС УрО РАН).

Гершуни Г.З.

Именно в это время происходит новый всплеск активности. В 1972 г. Г.З. Гершуни и Е.М. Жуховицкий публикуют в издательстве «Наука» монографию «Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости», известную в настоящее время каждому выпускнику и студенту старше второго курса кафедр общей и теоретической физики под простым именем «зелёная книга». В 1974 г. в Перми проводится «Уральская конференция по применению магнитной гидродинамики в металлургии», в 1975 г. — Всесоюзная конференция «Современные проблемы тепловой конвекции».

Любимов Д.В.

Тогда же, в 70-е гг. защищают диссертации многие будущие лидеры направления. Среди них — Дмитрий Викторович Любимов, Заслуженный деятель науки РФ (один из трёх на факультете), возглавлявший гидродинамическую школу и кафедру теоретической физики с 1989 по 2012 г., Николай Иванович Лобов, Анатолий Александрович Черепанов, Геннадий Фёдорович Путин, ныне зав.кафедрой общей физики, Пётр Готлобович Фрик, зав.лаб.физической гидродинамики ИМСС УрО РАН, и ещё полтора-два десятка других. Кафедра теоретической физики долгие годы занимала ведущие позиции в ПГУ по числу грантов, публикаций, совместных проектов с зарубежными организациями. К сожалению, внезапная смерть лидера, Д.В. Любимова, заметно затормозила работу кафедры, однако он оставил после себя не только более 250 публикаций, но и добрых полсотни, если не больше, учеников, кандидатов и докторов, которые продолжают поддерживать и развивать историческое направление.

Текст составлен на основе книги М.П. Сорокина «Физический факультет Пермского государственного университета», 2006
Использованы фотографии с сайта ПГУ, а также из личного архива Д.В. Любимова

Автор: kbtsiberkin

Источник ^[2]