Analogie v dynamice tekutin: vír jako černá díra

Abstract

Táto bakalárska práca pojednáva o rôznych analogických súvislostiach dynamiky te- kutín s oblasťami elektriny, elektromagnetizmu, kvantovej mechaniky a gravitácie. Zvláštna pozornosť bola sústredená na určitú podobnosť medzi rotujúcimi čiernymi dierami a výtokovým vírom. Na prvý pohľad odlišné javy, ktoré je možné simuláciou známeho javu preskúmať. Správanie v okolí skutočných čiernych dier môže byť, s určitým zjednodušením, skúmané v rámci hydraulického laboratória. Priekopníkom tejto myšlienky je W. G. Unruh, na ktorého prácu nadviazala a pokračovala s výsku- mom Silke Weinfurtnerová. Jej výskum bol inšpiráciou pre preskúmanie danej oblasti v tejto bakalárskej práci. Je možné vizualizovať horizont udalostí čiernej diery alebo hranice ergosféry, taktiež je možné pozorovať komplexnejšie javy ako sú superradian- cia, spätná reakcia alebo splynutie čiernych dier. Analógia nie je úplne presná, ale dovoľuje skúmať veľmi zložitý systém pomocou jednoduchého experimentu a môže viesť k lepšiemu pochopeniu každého z javov. Jednoduchá experimentálna zostava bola vytvorená v laboratóriu Odboru fluidného inžinierstva Viktora Kaplana.

This bachelor thesis discusses the various analogous connections of fluid dynamics with the fields of electricity, electromagnetism, quantum mechanics and gravity. Par- ticular attention has been focused on a certain similarity between rotating black holes and the draining bathtub vortex. At first sight different phenomena that can be ex- plored by simulating known phenomena. The behaviour around real black holes can, with some simplification, be studied within the hydraulic laboratory. The pioneer of this idea is W. G. Unruh, whose work was followed up and continued with research by Silke Weinfurtner. Her research served as the inspiration for the exploration of this field in this bachelor thesis. It is possible to visualize the event horizon of a black hole or the boundaries of the ergosphere, it is also possible to observe more complex phenomena such as superradiance, backreaction or ringdown. The analogy is not completely precise, but it allows a very complex system to be studied with a simple experiment and can lead to a better understanding of these phenomena. A simple experimental setup was created in the laboratory of Victor Kaplan’s Department of Fluid Engineering.