Физики рассчитали свечение капли воды

Статья «Улучшенное вычисление решения Ми и приближение геометрической оптики для больших капель» физиков ТюмГУ Дмитрия Габышева и Родиона Ганопольского вышла в журнале Laser Physics. Работу над этой темой ученые начали по просьбе профессора института Х-BIO Александра Федорца. Он задался целью рассчитать профиль свечения миниатюрной капли воды, чтобы сравнить результаты ученых ФТИ с результатами экспериментов Лаборатории микрогидродинамических технологий Х-BIO. По этому исследованию у Александра Анатольевича с соавторами уже вышло несколько статей.

Для опыта была взята светящаяся капля (в воде растворен флуоресцент), облученная лазером. Таким образом, необходимый расчет состоит из двух больших этапов: сначала определение распределения мощности поглощения энергии лазера внутри капли, а затем вычисление излучения флуорисцента.

Статья представляет собой итог первой части проделанной работы. Такой расчет можно сделать с помощью приближенного метода геометрической оптики, когда свет представляется в виде лучей, которые проходят внутрь капли, а потом отражаются в ней много раз. Но также есть точное решение (оно называется иногда решение Ми, иногда по имени двух ученых Лоренца-Ми), которое требует больших вычислительных мощностей и точности.

Тюменские ученые обнаружили, что в литературе почти не сравниваются эти два метода для больших капель (больших с точки зрения света, на самом деле диаметр капель — десятки микрометров). Поэтому в работе физиков ТюмГУ оптимизирован расчет по решению Ми и с большой точностью посчитано приближение геометрической оптики.

Сегодня работа продолжается, появились новые результаты. Для студентов Физико-технического института проводятся научно-популярные лекции по материалам статьи.

На фото:

1. Распределение мощности лазера внутри капли в сечении (для решения Ми слева и для геометрической оптики справа)

2, 3. Распределение мощности внутри капель разных диаметров (белый — большая мощность, черный — малая)

Управление стратегических коммуникаций ТюмГУ и сайт Naked Science