「視覚的」かつ「数学的」:流体力学の世界に迷い込むGIF動画

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流体力学の優れた動画を選ぶ「流体運動ギャラリー」の2015年の入賞者が決まった。スーパーコンピューターによるシミュレーションを1カ月間行っても、数秒間の動作しか再現できない複雑なものもあるという。

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2/9特別に設計されたチャンバーを通って、押し出される流体。「流体運動ギャラリー賞」を受賞した。
IMAGE COURTESY OF MORITZ SIEBER, ET AL/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

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3/9音波を利用して、複数の小さなしずくを油性の液面でバウンドさせている。2000年代初期のスクリーンセーヴァーのハイライト画面のようだ。一方で、これら多数の水滴がそれぞれの波でバウンドを始めると、量子力学の核心にある粒子と波動の二重性を模倣するものになる。IMAGE COURTESY OF DAN HARRIS et al/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

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4/9流体運動ギャラリー賞を受賞した「ハチドリ」
空気力学的揚力というよりは、渦糸の非定常動力学を利用して飛ぶ。それを視覚化したこの動画では、ハチドリが方向を変えるときに翼から出る伴流を表現している。
IMAGE COURTESY OF YAN REN et al/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

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5/9「ミルトン・ヴァン・ダイク賞」を受賞した「蒸気の泡」
熱した針金の上に並んでいる。泡の間を泡が行ったり来たりするこの状態は、針金の直径と温度の比率が特定の値に到達したときに形成される。IMAGE COURTESY OF Alexise Duchesne et al/American Physics Society

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6/9流体運動ギャラリー賞を受賞した小さな水滴の表面に起きる波紋。3Dメガネを使った方がよくわかるだろう。
IMAGE COURTESY OF Silvestre Roberto Gonzalez-Avila et al/American Physical Society

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7/9海面のシミュレーション。
IMAGE COURTESY OF JÖRN CALLIES/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

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8/9繰り返しパターンでノズルから出る溶融ガラス。
IMAGE COURTESY OF P.T. BRUN ET AL/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

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9/9ミルトン・ヴァン・ダイク賞を受賞した「マランゴニ対流」
IMAGE COURTESY OF M. SAAD BHAMLA ET AL/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

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ミルトン・ヴァン・ダイク賞を受賞した「シャボン玉」
IMAGE COURTESY OF DANIEL M. HARRIS ET AL/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

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特別に設計されたチャンバーを通って、押し出される流体。「流体運動ギャラリー賞」を受賞した。
IMAGE COURTESY OF MORITZ SIEBER, ET AL/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

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音波を利用して、複数の小さなしずくを油性の液面でバウンドさせている。2000年代初期のスクリーンセーヴァーのハイライト画面のようだ。一方で、これら多数の水滴がそれぞれの波でバウンドを始めると、量子力学の核心にある粒子と波動の二重性を模倣するものになる。IMAGE COURTESY OF DAN HARRIS et al/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

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流体運動ギャラリー賞を受賞した「ハチドリ」
空気力学的揚力というよりは、渦糸の非定常動力学を利用して飛ぶ。それを視覚化したこの動画では、ハチドリが方向を変えるときに翼から出る伴流を表現している。
IMAGE COURTESY OF YAN REN et al/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

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「ミルトン・ヴァン・ダイク賞」を受賞した「蒸気の泡」
熱した針金の上に並んでいる。泡の間を泡が行ったり来たりするこの状態は、針金の直径と温度の比率が特定の値に到達したときに形成される。IMAGE COURTESY OF Alexise Duchesne et al/American Physics Society

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流体運動ギャラリー賞を受賞した小さな水滴の表面に起きる波紋。3Dメガネを使った方がよくわかるだろう。
IMAGE COURTESY OF Silvestre Roberto Gonzalez-Avila et al/American Physical Society

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海面のシミュレーション。
IMAGE COURTESY OF JÖRN CALLIES/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

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繰り返しパターンでノズルから出る溶融ガラス。
IMAGE COURTESY OF P.T. BRUN ET AL/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

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ミルトン・ヴァン・ダイク賞を受賞した「マランゴニ対流」
IMAGE COURTESY OF M. SAAD BHAMLA ET AL/AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

1983年から毎年開催されている米国物理学会流体力学部門視覚化コンテストは、視覚的であり数学的であるという、流体力学のふたつの性質を称えるものだ。正式には「流体運動ギャラリー」と呼ばれているこの2015年コンテストの入賞者が、11月24日(米国時間)にボストンで発表された。

メリーランド大学で流体力学を専門とするケニス・キーガー教授は、「流体力学を支配する方程式は非常に複雑なため、スーパーコンピューターによるシミュレーションを1カ月間行っても、数秒間の動作しか再現できません」と述べる。

上位3つの動画(ランキングは同じ)は「ミルトン・ヴァン・ダイク賞」(Milton van Dyke award)が授与された。これは1982年に視覚化の書籍を著し、コンテストのきっかけをつくったミルトン・ヴァン・ダイクにちなんだもので、賞金はそれぞれ200ドルだ。

次点は「流体運動ギャラリー賞」(Gallery of Fluid Motion Award)で、入賞者には絶版となっているヴァン・ダイクの著書が授与された。

全体的に見て、流体力学者というのはかなり快適な仕事のようだ。転職を考えている人は、流体力学者の1日を紹介する次の動画を見るとよいかもしれない。

関連記事:「水滴」で動くコンピューター・プロセッサー(動画あり)

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