Oscilační proudění

Od doby známého Andronikashviliho pokusu se pro výzkum supratekuté hydrodynamiky používala různá oscilující tělesa (disky, drátky, koule, mřížky...). Nezanedbatelná část naší práce týkající se jak klasické, tak kvantové turbulence, zahrnuje užití oscilujících křemenných ladiček jakožto vysoce citlivých nástrojů schopných generovat i detekovat turbulenci. V současné době se připravují nové projekty, ve kterých použijeme pomalu se pohybující dráty či mikroskopické oscilátory.

Proudění buzené křemennými ladičkami

Křemenná ladička je komerčně vyráběná součástka sloužící jako frekvenční standard, s rezonancí typicky na 215 = 32768 Hz, i když k dispozici jsou i další frekvence. Je extrémně snadno použitená a zároveň vysoce citlivá ke svému okolí, což z ní dělá vynikající experimentální nástroj.

Přechod ke klasické a kvantové turbulenci

Meřením odezvy rychlosti křemenné ladičky na vnější sílu, kterou lze díky piezoelektrickým vlastnostnem křemene převést na jednoduchou voltampérovou charakteristiku, můžeme určit kritickou rychlost přechodu od laminárního k turbuletnímu proudění, a to jak v normálním, tak v supratekutém heliu. Navíc tvar součinitele odporu ve velice širokém rozsahu dostupných rychlostí, které zahrnují jak laminární, tak turbulentní režim, poskytuje další informace o pravděpodobném mechanismu přechodu mezi nimi.

Kavitace

Vznik plynné fáze v objemu kapaliny kvůli rychle se pohybujícím tělesům, je v dynamice kapalin velmi dobře známý problém, který způsobuje značné technické obtíže v praktických aplikacích u lodních pohonů. Za použití křemenných ladiček můžeme pozorovat heterogenní kavitaci jak v normálním, tak v supratekutém heliu, a meřit kritické rychlosti, při kterých se začínají bublinky vytvářet.

Akustická emise

Jakékoliv těleso vykonávající zrychlený pohyb ve stlačitelné kapalině vytváří zvukové vlny, což platí i pro oscilující křemennou ladičku. V závislosti na frekvenci oscilací, vlastnostech kapaliny a okrajových podmínkách, mohou být ladičky kvůli tomuto zvuku vystaveny silné akustické odporové síle, která dokonce může převážit nad viskózním třením. V naší skupině jsme vyvinuli zjednodušený teoretický popis akustické emise ladiček, který dobře popisuje naše experimenty.

Drátky, mikromechanická zařízení a další oscilátory

Součástí plánů pro výzkum je užití dalších oscilátorů, jako například vibrujících drátků, mikroskopických struktur ve tvaru branky, tzv. dvojitého pádla, nebo torzních oscilátorů.

Drátek rezonující na nízkých frekvencích je také slibným prostředkem k dosažení rovnoměrného pohybu po určitou limitovanou dobu, což umožňuje měření odporové síly působící při stacionárním proudění. Mikroskopická mechanická zařízení mohou naopak nabídnout nezvykle vysokou citlivost na přítomnost kvantových vírů a mohou tak být výbornými detektory jak klasické, tak kvantové turbulence.

Dvojité pádlo vykazuje za nízkých teplot značně vysoké hodnoty Q-faktoru a umožňuje srovnat již známé výsledky s novými, získanými na oscilátoru výrazně se lišícím svou geometrií, který je navíc možné budit v různých rezonančních módech. Konečně torzní oscilátory umožňují studium proudění v jednodušší geometrii z hlediska výpočtů, proto také do budoucna počítáme s jejich využitím.