Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Studovali jsme tepelně generovanou kvantovou turbulenci v He II, a sice v kanálu opatřeném supratekutými děrami, kterými normální složka díky konečné viskozitě nemůže protékat - turbulence v kanálu je tudíž generována podélným prouděním čistě supratekuté složky. Kromě již v literatuře popsaného stacionárního stavu proudění jsme objevili dosud neznámý turbulentní stav, ve kterém je hustota kvantovaných vírů přímo úměrná transportní supratekuté rychlosti, jež má podobně jako klasické vazké proudění tekutiny parabolický rychlostní profil supratekuté rychlosti. Vnitřní tření zároveň generuje interní proudění normální složky toroidálního charakteru. Jeho existence je průkazná v rozpadových experimentech, kde se po odeznění prvotního rychlého útlumu projevuje exponenciálním rozpadovým zákonem.
Nejkomplexněji studovanou dvojicí proudění bylo proudění klasické vazké tekutiny, vyvolané kmity ponořeného tělesa vůči analogickému proudění supratekuté kapaliny. Nejvhodnějším nástrojem pro generování a současně i detekci takových klasických a kvantových proudění je upravený kmitající křemenný krystal, běžně komerčně používaný jako frekvenční standard. Jde o jedinečný nástroj pro studium kryogenní dynamiky tekutin. S jeho pomocí jsme studovali zákonitosti kavitačního procesu v kapalném He I a He II a změřili teplotní závislost kavitačního prahu na teplotě a přetlaku. Opticky jsme prokázali, že jde o kavitaci a vysvětlili překvapivý vzrůst kavitačního prahu při poklesu teploty v okolí supratekutého přechodu.
Za nejdůležitější výsledky získané s kmitajícím křemenným krystalem považujeme nalezení a objasnění zákonitostí přechodu od laminárního k turbulentnímu režimu odporu prostředí v klasických a kvantových tekutinách. V klasických tekutinách (v plynném a kapalném normálním heliu) jsme proměřili in situ kritické rychlosti přechodu přes tři řády kinematické vazkosti a prokázali, že kritická rychlost přechodu škáluje jako odmocnina ze součinu kinematické vazkosti a frekvence a tuto závislost jsme teoreticky vysvětlili. Pro lepší a názornější pochopení tohoto přechodu jsme jej pomocí Bakerovy techniky vizualizovali v geometricky podobném proudění ve vodě. Pokračovali jsme pak ve studiu tohoto přechodu v supratekutém He II [A7, B9]. Na základě získaných experimentálních výsledků jsme dospěli k fundamentálnímu závěru, že přechod k turbulentnímu režimu odporu prostředí zde probíhá ve dvou krocích - nejprve dojde k vytvoření hustého oblaku náhodně orientovaných kvantovaných vírů, který se chová jako kvaziklasická tekutina o určité efektivní kinematické vazkosti a teprve ve druhém kroku pak dojde k přechodu k turbulentnímu režimu odporu prostředí podobně jako je tomu v klasických tekutinách.