Propozycja tematu pracy licencjackiej dla studentów

Propozycja tematu pracy licencjackiej dla studentów Studiów Indywidualnych na kierunku Fizyka i studentów
MISMAP
prof. dr hab. Szymon Malinowski
Zakład Fizyki Atmosfery
Instytut Geofizyki
Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego
ul. Pasteura 7, 02-093 Warszawa
tel. 022 55 46 860
e-mail: [email protected]
Badanie przepływów powietrza i mieszania turbulencyjnego z wykorzystaniem ultraszybkiego
termometru UFT.
Turbulencja to jedno z najbardziej zagadkowych zjawisk fizycznych, występujących powszechnie w otaczającym
nas świecie. Słowa Richarda P. Feynmana:
"Finally, there is a physical problem that is common to many fields, that is very old, and that has not been solved. It is not
the problem of finding new fundamental particles, but something left over from a long time ago – over a hundred years.
Nobody in physics has really been able to analyze it mathematically satisfactorily in spite of its importance to the sister
sciences. It is the analysis of circulating or turbulent fluids."
wypowiedziane ponad 45 lat temu nie straciły nic ze swej aktualności.
Mimo wieloletnich intensywnych wysiłków fizyków i matematyków nauka nie dysponuje spójną teorią naukowa
opisującą burzliwe (turbulentne) przepływy płynów. Nie ma nawet jednej, ogólnie przyjętej, definicji zjawiska fizycznego
jakim jest turbulencja. Przepływy turbulentne obejmują wiele skal przestrzennych i czasowych. Istotną rolę odgrywają w
nich nieliniowe efekty adwekcyjne, czyli efekty unoszenia z przepływem różnych wielkości (np. ciepła, barwnika....).
Przepływy turbulentne są nieprzewidywalne w ścisłym sensie (choć oczywiście przewidywalne w sensie stochastycznym) i
nieodwracalne, z powodu dysypacji energii kinetycznej przepływu: zamiany tej energii w ciepło wskutek działania sił
lepkości.
Turbulencja odgrywa ważną rolę w całym szeregu procesów i zjawisk: od formowania się układów planetarnych z
dysków akrecyjnych, przez fizykę Słońca czy wnętrza Ziemi, fizykę przepływów atmosferycznych i oceanicznych, po
przepływy inżynierskie, aerodynamikę czy biofizykę (oddychanie, przepływy w układzie krwionośnym) i.t.p. Wszystkie
procesy meteorologiczne i klimatyczne, od skali planetarnej po sposób w jaki poruszają się w atmosferze cząstki aerozolu
czy kropelki chmurowe, zależą od własności przepływów atmosferycznych i oceanicznych, które są turbulentne.
Jednym z tematów prac prowadzonych od lat w Zakładzie Fizyki atmosfery jest badanie drobnoskalowej
turbulencji atmosferycznej, szczególnie turbulencji w chmurach. Ultraszybki termometr, zbudowany i rozwijany w
Zakładzie, montowany zazwyczaj na samolocie, pozwala nam zmierzyć fluktuacje temperatury związane z unoszeniem
ciepła w przepływach turbulencyjnych z rozdzielczością przestrzenną milimetrów i czasową tysięcznych części sekundy. W
ramach pracy licencjackiej proponujemy wykorzystanie tego termometru do pomiarów fluktuacji temperatury powietrza w
przepływach powszechnie spotykanych w naszym najbliższym otoczeniu.
Kilka możliwych wariantów pomiarów to:
– badanie struktury przepływu konwekcyjnego nad rozgrzanym chodnikiem;
– badanie prądów konwekcyjnych unoszących się znad ręki czy głowy;
– badanie przepływu powietrza w otwartym czy uchylonym oknie.
Inna możliwość to praca przy analizie danych pomiarowych z eksperymentu POST (Physics of Startocumulus
Top), który obył się w 2008 roku.
Każdy pomiar tym przyrządem czy analiza danych może stać się podstawą do napisania ciekawej i oryginalnej pracy
licencjackiej, będąc jednocześnie wprowadzeniem w fascynujący i pełen zagadek świat przepływów turbulentnych.
Wymagania: wyobraźnia przestrzenna, znajomość środowiska Matlab (lub podobnego: Scilab, Octave. itd.) w zakresie
podstawowym, znajomość angielskiego w zakresie wystarczającym do przeczytania kilku rozdziałów podręczników.
Zdecydowanie warto zaliczyć zajęcia z Podstaw Hydrodynamiki.