Шнобелевская премия 2012 по физике

Шнобелевская премия 2012 по физике

За расчет баланса сил, которые формируют движение "конского хвостика" - элемента прически длинноволосых человеческих особей

Джозеф Келлер

Каждый волосок конского хвоста рассматривается в виде отдельной нити со случайной функцией кривизны. После анализа форм 115 отдельных таких нитей, специалисты открыли зависимость формы всего хвоста от силы тяжести, кривизны и эластичности. Они установили, что хвост ведет себя как простая струна. Получено дифференциальное уравнение для огибающей пучка. Из уравнения следует, что сила, необходимая для сжатия хвоста, прямо пропорциональна степени сжатия.

Хвост бегущей трусцой женщины качается из стороны в сторону когда она бежит, хотя ее голова не движется из стороны в сторону. Голова бегуньи просто перемещается вверх и вниз, заставляя хвост делать то же. Это вертикальное движение неустойчиво к боковым возмущениям. Хвост как жесткий маятник, он висит на поддержке, которая периодически движется вверх и вниз. Угловое перемещение маятника и амплитуды каждого режима удовлетворяют уравнению Хилла. Это уравнение имеет решения, которые растут в геометрической прогрессии во времени, когда собственная частота маятника, близка к целому кратному половины частоты колебаний поддержки. Тогда вертикальное движение неустойчиво, а хвост качается.

В зависимости от конкретной формы периодической функции f(t) решения могут иметь вид устойчивых квазипериодических колебаний, либо колебания будут раскачиваться с нарастающей экспоненциально амплитудой.

Джозеф Келлер (США), Раймонд Гольдштейн (США и Великобритания), Патрик Уоррен и Робин Ball (Великобритания), опубликовали работы "Форма конского хвостика и статистическая физика волокон пучка волос", Письма физических сообщений (Physical Review Letters), № 198, 2012, и "Движение конского хвостика", Журнал прикладной математики (Journal of Applied Mathematics), №. 70, 2010, с. 2667.