3.Ячейки Бенара
Рассмотрим пример возникновения пространственой структурыпод названием «»ячейки Бенара» (рис. 2).
Ячейки Бенара возникают при критической разности температур, возникающий между верхними и нижними слоями жидкости при ее нагревании (жидкость находится в кювете).
Пока разность температур не достиигла критического значения, тепло распространяется путем теплопроводности, поверхность жидкости неподвижна.
Рис. 2.Правильные шестиугольные Рис. 3. Зависимости полного
Ячейки на поверхности жижкости теплового потока J в единицу
(ячейки Бенара) времени от разности температур
По мере приближения к критическому значению разности температур возникает конвекция (круговорот) и на поверхности жидкости появляются щестеугольные ячейки. Внутри ячейки жидкости движется вверх, а по краям – вниз (рис.3). Появление ячеек является самоорганизованным процессом.
Примером временной структуры является реакция Белоусова – Жаботинского. Реакция наблюдается в реакционной смеси, состоящей из бромата (KBr), броммалоновой кислоты, сульфата цезия (Ce).
Смесь нужно растворить либо в лимонной, либо в серной кислоте. Через 4 минуты окраска раствора изменится с синего на красный (и наоборот). Это происходит в связи с восстановлением ионов церия.
Чередование окраски раствора является самоорганизованным, развивающимся во времени процессом.
Примером пространственно – временой структуры является гликолитический цикл усвоение сахара живым организмом.
4.Спиральные волны
В лаборатории была разработана техника, позволяющая «выводить» кончик одной из волн за границу чашки Петри, и в дальнейшем наблюдать эволюцию единственной спиральной волны, «кончик» (tip) которой совершает сложные пространственные перемещения, траектория зависит от режима освещения (Grill et al., 1995).
При постоянном освещении кончик описывает циклоиду с четырьмя «Лепестками» (рис. 4). Изучалось воздействие световых импульсов на траекторию кончика спиральной волны. Импульсы подавались в тот момент, когда фронт волны достигал некоторой точки (на рис. Помечена крестом),или с некоторой заданной задержкой.
Рис. 4 Два типа траекторий кончика спиральной волны, полученных в эксперименте для светочувствительной BZ - реакции.
Наблюдали два типа режимов. В случает, когда «точка измерения» находилась близко от центра невозмущенной траектории, через некоторое время движение кончика приходило на асимптотическую траекторию с центром в «точке измерения», при этом расстояние между положением кончика и точкой измерения не превышало размеров петли циклоиды (рис. 4 а) Наличие обратной связи приводило к синхронизации – период импульсного светового воздействия устанавливался равным времени, в течении которого кончик спиральной волны описывал одну петлю циклоиды.
В случае, когда точка измерения находилась относительно далеко от центра невозмущенной траектории, кончик спирали описывал траекторию, по форме напоминающую дрейф 4-ех лепестковой циклоиды вдоль круга большого радиуса, центр которого, опять находился в «точке измерения». Оба режима оказались устойчивы по отношению к малым смещениям точки измерения, то есть представляют собой аттракционы. Сходный результат получается, если световой импульс подается с некоторым запаздыванием по отношению к моменту прохождения волны через точку измерения. Радиус «большого круга», по которому перемещается циклоида, растет с увеличением времени запаздывания.