Алекс Радченко - Stream Art. Новое в живописи

В начале XXI века Джулио М. Оттино 2совместно с учеными Массачусетского университета в Амхерсте проводил исследования для выяснения характеристик потоков, в которых возникают структуры, подобные стрим-арту. Они включали эксперименты и компьютерное моделирование процессов, перемешивание двух красок. В некоторых экспериментах в бесцветный глицерин, находящийся в глубокой полости, вводились капли окрашенного глицерина. Когда стенки полости приводились в периодическое движение, в такой вязкой жидкости возникали сдвиговые силы (гравитация), которые могли весьма причудливым образом вытягивать и изгибать окрашенную каплю. Довольно скоро внутри полости появлялась сложная картина складок, которые, в свою очередь, образовывали новые складки. Однако такая же капля в точно такой же прямоугольной полости могла почти не испытывать вытягивания, а лишь смещаться и поворачиваться, но при этом периодически возвращаться в первоначальное положение. В чем причина столь разного поведения?

Обыкновенное двумерное движение вязкой жидкости может стать хаотическим, что приведет к эффективному перемешиванию и характерному для стрим-арта структурному образованию. Практические эксперименты и компьютерное моделирование отчасти проясняют механизм этого явления. Рассмотрим следующие примеры.

Процесс перемешивания в 2D

Что общего между извержением вулкана Везувия, размешиванием сливок в кофе и мерцанием звезд? Во всех этих событиях в той или иной степени можно найти процесс перемешивания. Перемешивание магмы с высокой интенсивностью могло инициировать извержение Везувия. Взаимопроникновение слоев, составляющее основу любого перемешивания, происходит, например, при замесе слоеного теста, а смешивание веществ внутри звезды определяет ее химический состав, яркость и цвет. Многочисленные примеры перемешивания мы можем увидеть буквально всюду во Вселенной. Временные и пространственные масштабы явлений эффектных смешиваний меняются в невероятных пределах. Газ при попадании в атмосферу смешивается с воздухом за секунды, а процессы перемешивания в мантии Земли длятся несколько сотен миллионов лет.

Процессы перемешивания имеют также большое значение в современных технологиях. С их помощью химики контролируют химические реакции для производства полимерных материалов с уникальными свойствами, распределяют добавки, уменьшающие вязкое трение в трубопроводах. Однако, несмотря на вездесущность процессов перемешивания, как в природе, так и в производстве, сам процесс смешивания до сих пор остается до конца не ясным. В разных областях исследователи не могут пока даже установить общую терминологию и используют различные названия.

Пока лишь можно сказать, что процесс перемешивания чрезвычайно сложен и обнаруживается в самых разнообразных научных системах и природных явлениях. В сфере современного искусства этим занимается стрим-арт. При создании теории перемешивания приходится рассматривать, например, растворимые и частично растворимые, химически активные и инертные жидкости, медленные ламинарные потоки 3 , а также быстрые турбулентные потоки 4 . Поэтому неудивительно, что на данный момент не существует единой теории, способной детально объяснить процесс перемешивания в жидкостях, и прямыми вычислениями невозможно охватить все важные аспекты этого явления.

Тем не менее определенная информация о процессе перемешивания может быть получена как с помощью экспериментов с краской, так и благодаря компьютерному моделированию.

Схематичное изображение ламинарного (a) и турбулентного (b) течения в плоском слое

Интересно, что если наука рассматривает в практических экспериментах последовательность перехода от ламинарного к турбулентному потоку, то в случае создания потокового произведения на картинной плоскости последовательность осуществляется наоборот – от турбулентного к ламинарному потоку.

2

Основы механики жидкостей.

«Ключом к пониманию основных аспектов смешивания является концепция «движения» – идея, восходящая к XVIII веку и связанная с именем известного математика Леонарда Эйлера. «Движение» жидкости описывается математическим выражением, показывающим, в какой точке пространства будет находиться каждый элемент жидкости в любой момент времени в будущем. Если траектория движения для данного потока известна, то в принципе можно узнать почти все и о перемешивании, которое этот поток может произвести. Например, можно вычислить силы и полную энергию, необходимую для достижения нужной степени перемешивания в системе.