Нестабильность тонких пленок под действием внешних сил
    Гидродинамические неустойчивости могут возникать не только в жидкостях, но и в разнообразных мягких материалах. Одна из таких неустойчивостей, возникающая в тонких пленках мягких материалов, активно изучается в последнее время. В заметке мы рассказываем об этих исследованиях, делая попутно экскурс в теорию нестабильности. Что такое нестабильность?
    Что такое нестабильность системы в самом широком смысле? Это неспособность системы сохранять равновесие. Например, карандаш, поставленный на острие, неизбежно падает. И хотя теоретически существует положение равновесия - строго вертикальная ориентация карандаша - в жизни оно никогда не наблюдается. Причина проста: силы, возникающие при смещении карандаша из положения равновесия, стремятся не вернуть его в это положение, а усилить это смещение, а значит, любое начальное микроскопическое отклонение от равновесия будет быстро усиливаться со временем. Именно такое положение равновесия и называется неустойчивым, а про систему, попавшую в такое положение, говорят "нестабильная".
    Понимание того, когда система находится в стабильном, а когда в нестабильном состоянии, безусловно, очень важно. Скажем, вы теоретически вычислили, что некоторая конструкция будет находиться в положении равновесия при таких-то и таких-то параметрах. Вы ее построили и обнаружили, что вместо того, чтобы ровно стоять, конструкция рушится прямо на глазах. Вывод: то положение равновесия, которое вы нашли теоретически, оказалось неустойчивым, нестабильным.
    В случае твердого тела все было достаточно просто: движение твердого тела описывается с помощью относительно несложных уравнений, и в большинстве случаев поведение системы можно понять, даже их и не решая. Совершенно иная ситуация с жидкостями. Жидкость - система с огромным числом степеней свободы, именно это и делает ее поведение столь разнообразным. И одно из проявлений этого - существование множества интересных (и порой совершенно неожиданных) типов нестабильного поведения жидкости. Общие свойства нестабильности на примере неустойчивости Рэлея-Тэйлора
    Основные черты развития нестабильности в жидкости можно проиллюстрировать на конкретных примерах. Рассмотрим две жидкости, находящиеся в сосуде (Рис.1а). Пусть более тяжелая жидкость расположена наверху, а граница их раздела абсолютно плоская. Такая ситуация, конечно же, невыгодна с точки зрения потенциальной энергии всей системы. Значит, более тяжелая жидкость будет стараться опуститься вниз. Однако просто так опуститься она не может: ведь она должна куда-то вытеснить находящуюся под ней более легкую жидкость. Как она может это сделать? Ответ известен всем из жизненного опыта: в одной части сосуда тяжелая жидкость будет опускаться вниз, а в другой будет всплывать легкая жидкость (Рис.1б).
    
    Но тут опять не все так просто: ведь для того, чтобы такой процесс начался, нужно, во-первых, чтобы возник "зародыш", то есть небольшое начальное отклонение границы раздела от абсолютной плоскости, а во-вторых, чтобы это отклонение самопроизвольно усиливалось. Первое условие выполняется всегда: ведь все вещества состоят из движущихся молекул, и если где-то какая-то молекула случайно "выбилась" из своего вещества - вот вам и начальное отклонение. ............