В поисках нестандартных решений

Ведущий научный сотрудник лаборатории нелинейной динамики Института электрофизики УрО РАН доктор физико-математических наук Николай Зубарев в нынешнем году стал обладателем гранта президента РФ для молодых ученых. Такой грант он получает уже во второй раз (впервые в 2007 году), был также лауреатом «молодежной» Государственной премии РФ (2003). Выпускник Московского физико-технического института, Зубарев работает в ИЭФ с 1994 года. Тема его исследований, поддержанных президентским грантом, – нелинейные электрогидродинамические волны на поверхности диэлектрических и проводящих жидкостей. Мы побеседовали с Николаем о его работе и о некоторых актуальных для академического сообщества вопросах.


 

    — Не могли бы вы рассказать о своих исследованиях так, чтобы было понятно неспециалисту?

    — Область моих научных интересов — нелинейные явления в электродинамике жидкостей со свободной поверхностью. Самые простые примеры таких жидкостей — вода в озере (плоская поверхность), струя из крана — (цилиндрическая поверхность), капля — (сферическая поверхность). Даже обычное наблюдение за водной гладью позволяет видеть, как сложна ее динамика: по ней бегут волны, при столкновении с берегом они опрокидываются, при усилении ветра возникают барашки и т.д. Гидродинамика, имеющая многовековую историю, остается необъятным полем для исследовательской деятельности.

    Появление внешнего электрического поля добавляет к широкому спектру классических явлений механики жидкостей ряд электрогидродинамических явлений. Граница как проводящих, так и диэлектрических жидкостей неустойчива в достаточно сильном электрическом поле: развивается так называемая неустойчивость Тонкса-Френкеля. Она обусловлена взаимодействием электрического поля и индуцированных им зарядов на поверхности жидкостей. В результате происходят взрывной рост возмущений границы и формирование на ней геометрических особенностей — точек заострения. Они играют принципиальную роль в эволюции системы: из них начинают эмитировать заряженные частицы. Так, в частности, на поверхности жидкого металла формируются устойчивые конические образования — конусы Тейлора. На вершинах конусов напряженность электрического поля достигает достаточно высоких значений для инициирования процессов полевого испарения ионов.
 

Подобные явления сложно описывать из-за их нелинейности. Линейные процессы — те, при которых углы наклона поверхности жидкости малы, т.е. амплитуда отклонения поверхности от плоской оказывается малой по сравнению с длиной волны. Для процессов формирования острий, струй, капель условие малости углов наклона поверхности заведомо не выполняется, и описывать такие процессы можно только в рамках нелинейных моделей. При этом задачи, нелинейность которых обусловлена сложной геометрией эволюционирующей со временем границы, наиболее трудны для исследования. Как следствие в электрогидродинамике остается множество нерешенных проблем. Наиболее интересные явления в электрогидродинамике происходят именно тогда, когда условие малости амплитуд деформации невозмущенной поверхности нарушено, и традиционные методы теории возмущений использовать невозможно. Остается либо моделировать эволюцию поверхности заряженной жидкости численно, либо искать точные решения, чем я и занимаюсь.
 

Отмечу, что точные нетривиальные решения уравнений электрогидродинамики оказываются необычайно богатыми по смысловой нагрузке. Зачастую они дают язык для описания тех явлений, которые удается анализировать лишь численными и приближенными методами.
 

— Для чего применяются эти решения?
 

— На основе точных нетривиальных решений можно строить адекватные модели различных электрогидродинамических процессов. Эти модели востребованы для создания жидкометаллических источников ионов, для описания процессов электродиспергирования капель, формирования нановолокон. Кроме того, точные решения используются для тестирования алгоритмов численного решения соответствующих проблем. Наконец, эти решения самоценны — любая приближенная модель допускает более точное приближение, дальнейшее усовершенствование, а точные решения таковыми и останутся.
 

— В последнее время руководство страны обращает особое внимание на развитие вузовской науки, создаются национальные и федеральные университеты. Есть опасения, что финансирование этих проектов будет осуществляться в том числе и за счет ущемления Российской академии наук. Вы преподаете в Уральском государственном университете. Что думаете о ситуации в вузах?
 

— В хорошем вузе должна быть особая среда, где ум и образование являются главной ценностью. К сожалению, сегодня многие студенты мало озабочены приобретением знаний: кто-то вынужден подрабатывать, кто-то укрывается от армии, кто-то отсиживает положенные часы, чтобы получить диплом. Мне есть с чем сравнивать. В Московском физико-техническом институте, который я окончил, была очень насыщенная интеллектуальная среда. Мы действительно много учились, подстегивал здоровый дух соревнования, стыдно было не успевать.
 

Что касается взаимоотношения вузовской и академической науки, то никакого противоречия я здесь не вижу. Вузы и академические институты связывает тесное сотрудничество. Многие сотрудники нашего института преподают в вузах. Университетские преподаватели сейчас получают очень небольшие зарплаты, и увеличение финансирования им совершенно необходимо. А в Академии наук бедственное положение было в 1990-е годы. Сейчас, несмотря на кризис, жить и работать все-таки можно.
 

Беседовала Е. ПОНИЗОВКИНА
Фото С. НОВИКОВА