The turbulent drag force in superfluid 3He–4He mixtures under oscillations of a quartz tuning fork

Анотація

Вивчено резонансні криві кварцового камертона основної частоти 32 кГц, який занурено в надплинний ⁴He та суміші ³He–⁴He з концентрацією ³He 5 та 15% в діапазоні температур 0,35–2,5 К при тиску насиченої пари. Проведено два типи експериментів: камертон, не покритий колбою, та покритий колбою, тобто в обмеженій геометрії. В обох випадках залежності сила–швидкість для камертона демонстрували лінійну силу демпфування при малих пікових швидкостях та додатковий опір через появу вихрових ліній, що супроводжують перехід до турбулентності при зростанні пікової швидкості. Ці залежності головним чином визначаються щільністю нормального компонента гелію. Існує добре виражена різниця між надплинним ⁴He та сумішами ³He в ⁴He, де частинки домішок ³He забезпечують постійний незалежний від температури внесок у нормальний компонент суміші. Додатковий внесок у силу демпфування, так звана «турбулентна сила опору», зменшується зі збільшенням концентрації при однаковій піковій швидкості камертона, що можна пояснити розширенням діапазону ламінарного потоку зі збільшенням концентрації ³He. Встановлено, що коефіцієнт опору в надплинному ⁴He та суміші ³He–⁴He досягає плато з різними піковими швидкостями та різними збуджуючими силами, цей факт пояснено різними умовами утворення вихрів залежно від різної товщини пристінного в’язкого шару. Порівняння даних, які отримані в обмеженій та необмеженій геометрії, показує, що спостерігається надмірне розсіювання руху камертона, що пов’язано з випромінюванням хвилі першого звуку в необмеженій геометрії.