Kavargó víz leeresztéskor

Kavargó víz leeresztéskor
Utal rá hidrodinamika

A víz örvénylés közbeni kavargása egy „tény”, amely a víz örvényfürdőben  való mozgásának megfigyelésén alapul, amikor az egy mosogató vagy fürdőkád lefolyónyílásába folyik . Széles körben elterjedt az a hiedelem, hogy a Föld déli és északi féltekén a víz különböző irányokba örvénylik , ami a Föld forgásával és a Coriolis-erő hatásával magyarázható .

Egyes tévhitek szerint az a személy, aki például egy tengeri hajó zuhanykabinjában tartózkodik , azáltal, hogy leeresztéskor megváltoztatja a víz forgásirányát, állítólag meg tudja állapítani, hogy a hajó áthalad az egyenlítőn . Ennek az állításnak a kritikusai azt állítják, hogy mind a déli, mind az északi féltekén egy közönséges mosogatóban lévő tölcsér az óramutató járásával megegyezően és azzal ellentétes irányban is elfordulhat, a folyadék áramlási geometriájától, az adott fürdő geometriájának egyedi jellemzőitől függően, és felületének szerkezete (például érdesség) és a csatornarendszer konfigurációja. Ezt azzal magyarázzák, hogy a Rossby-szám túl magas ehhez a jelenséghez, vagyis a jelenség léptéke túl kicsi ahhoz, hogy a Coriolis-effektus jelentősen befolyásolja.

A hatás a gyakorlatban csak az egyenlítőtől távol végzett, gondosan megtervezett kísérletekben nyilvánul meg, amelyek szigorúan szimmetrikus edényeket, mérés előtti sok órás folyadék ülepedést és a külső körülmények (hőmérséklet stabilitása és légáramlások hiánya) ellenőrzését alkalmazzák. [egy]

Laboratóriumi kísérletek

Laboratóriumi kísérletekben , amelyek során különleges óvintézkedéseket tettek a véletlen zavarok kizárására (szigorúan megtartották az edény alakjának szimmetriáját, a folyadékot sokáig ülepítették leürítés előtt, megakadályozták a légáramlatok hatását) [2] [3] hogy az északi [4] [5] [6] és a déli [7] féltekén a folyadék megkapja az elmélet által megjósolt forgást. E kísérletek egyikének filmezését a National Fluid Mechanics Film Committee által készített folyadékmechanikai oktatófilmek sorozata tartalmazta [8] . Egyes kísérletekben [9] a folyadék forgási irányának változását figyelték meg, amikor a folyadék felszíne megközelítette az edény fenekét.

Kísérletek otthon

Az otthoni kísérleteknél (víz leeresztése a fürdőből ) a kísérleti adatok eltérőek. Van egy megfigyelés, hogy ideális körülmények között, kellő körültekintéssel és megfelelő előkészületekkel megfigyelhető a csavarás hatása, csak a Coriolis erő hatására, otthon pedig [10]  - az északi féltekén a víz az óramutató járásával ellentétes irányba forog, ill. a déli - óramutató járásával megegyező irányban viszont a cikk szövege nem ad bizonyítékot arra, hogy a kísérletet több fürdőre is elvégezték volna, így a forgásirány egy adott edény véletlenszerű aszimmetriájából adódhat.

Milne-Thomson jól ismert hidrodinamikai tankönyve azt állítja, hogy a forgásirány a víz hőmérsékletétől függ [11] , bár ez a megfigyelés annak köszönhető, hogy a fürdőt különböző csapokon keresztül töltötték fel hideg és meleg vízzel. , ami kis kezdeti csavarokhoz vezethet különböző irányokba.

Közvetlen kísérleti bizonyítékok szólnak arról, hogy a fürdőkből való kiáramlásnál nincs túlnyomórészt csavarodási irány [12] [13] . Ezen túlmenően, a bal és a jobb oldali csavarás egyenlő valószínűsége érdekében nagyszámú fürdő esetében, kísérleteket kell végezni a folyadék kiáramlásával az edényekből, a fenék és a falak egyes szakaszainak egyenlőtlen durvaságával és a lefolyónyílás aszimmetrikus elhelyezkedésével. [14] , valamint egy hasonló jelenség modellezésére irányuló kísérletek - az alatta lévő felület melegítése során felszálló légörvények keletkezése [15] .

Az instabilitás szerepe az irány meghatározásában

Van olyan vélemény is, hogy a kísérletben nem lehet megfigyelni a csavarás hatását, csak a Coriolis-erő miatt, mert bizonyos Reynolds-számoknál az axiális áramlásban mindig instabilitás lép fel [16] , ami az óramutató járásával megegyező irányú áramlás kialakulásához vezet. vagy az óramutató járásával ellentétes forgatás azonos valószínűséggel .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Valaki végre meg tudja oldani ezt a kérdést: A lefolyóban lefolyó víz különböző irányokba forog attól függően, hogy melyik féltekén vagy? És ha igen, miért? Archivált : 2014. december 17., a Wayback Machine // SciAm , 2001: "Még egy tökéletesen szimmetrikus leeresztővel rendelkező kádban is a keringési irányt elsősorban a fürdőkádban a feltöltése után visszamaradt maradék áramok befolyásolják. "Több mint egy napba telhet, mire az ilyen maradékáramok teljesen alábbhagynak.
  2. ↑ Levelek a szerkesztőnek  // Am. J. Phys .. - 1994. - T. 62 , 12. sz . - S. 1063 . Az eredetiből archiválva: 2013. július 20.
  3. ↑ Walker J. Fizikai tűzijáték. - M .: Mir, 1988. - S. 98, 215-216. — 298 p.
  4. ↑ Turmlitz O. Ein neuerphysikalischer Beweis der Achsendrehung der Erde // SBAkad. Wiss. Wein, Abt. IIa. - 1908. - T. 117 . - S. 819 .
  5. ↑ Shapiro A.H. Buth-kád örvény  // Természet. - 1962. - T. 196 . - S. 1080-1081 .
  6. ↑ Binnie A.M. Néhány kísérlet a fürdőkád örvényével // J. Mech. Eng. Sci .. - 1964. - T. 6 . - S. 256-257 .
  7. ↑ Trefethen LM, Bilger RW, Fink PT, Luxton RE, Tanner RI The Bath-Tub Vortex in the Southern Hemisphere  // Természet. - 1965. - T. 207 , sz. 5001 . - S. 1084-1085 .
  8. ↑ National Committee for Fluid Mechanics Films (NCFMF) archiválva 2016. október 21-én a Wayback Machine -nél . Megjegyzések a film módszertani útmutatójában: Shapiro AH Filmjegyzetek a "Vorticity"-hez . - 1969. - S. 5-6. - 12 s.
  9. ↑ Sibulkin M. Megjegyzés a fürdő örvényéről // Journal of Fluid Mechanics. - 1962. - T. 14 . - S. 21-24 .
  10. ↑ Surdin V. Vann és Baer törvénye  // Kvant . - 2003. - 3. sz . - S. 12-14 .
  11. ↑ "Időről időre vita folyik arról, hogy a fürdőből kifolyó víz gyakran megfigyelhető örvény forgásiránya eltér-e a Föld északi és déli féltekén. Kísérletileg könnyű ellenőrizni, hogy ennek az örvénynek tetszőleges forgásiránya elérhető, attól függően, hogy a fürdő meleg vagy hideg vízzel van-e feltöltve. A határ közelében mozgó meleg és hideg vízben ellentétes irányú örvények keletkeznek ”( Milne-Thomson L. M. Elméleti hidrodinamika . - M .: Mir, 1964. - P. 534. - 656 p. ).
  12. ↑ „Erről meg akarva győződni, két évvel ezelőtt az egyik tudományos ismeretterjesztő folyóiratunk olvasóival közösen megszerveztük az Akad. D. Grave. Ebben a munkában minden résztvevőnek egy tucatszor kellett nyomon követnie, hogy a kádból, mosdókagylóból és hasonló tartályokból víz kifolyásakor keletkező tölcsér milyen irányban forog, és el kellett küldenie nekem, hogy tíz esetből hányszor forog el az óramutató járásával ellentétes irányba. megfigyelték. Bár viszonylag kevés olvasó vett részt a kérdőívben, mégis a beérkezett anyagokat összehasonlítva megállapítható, hogy az óramutató járásával ellentétes irányú forgás túlsúlyát nem vették észre ”( Perelman Ya. I. Ismeri a fizikát? . - M . : Nauka, 1992. - S. 92. - 272 pp. - ISBN 5-02-014446-0 . ).
  13. ↑ Van egy jelentés (amely a tudományos folklór része lehet), hogy a híres hidrodinamikus, G. Yu. Stepanov felvette a kapcsolatot számos kollégájával, és megkérte őket, hogy határozzák meg a tölcsér forgásirányát a fürdőjükben. Megállapították, hogy a fürdők száma a tölcsérek bal és jobb forgatásával megközelítőleg azonos volt.
  14. ↑ Karlikov V. P. , Rozin A. V., Tolokonnikov S. L. A tölcsérképződés problémájáról a folyadékok edényekből való kiáramlása során  // Izvestiya RAN. Folyadék és gáz mechanikája. - 2008. - 3. sz . - S. 140-151 .
  15. ↑ "A kísérletek különböző módokban történő többszöri megismétlése lehetővé tette [sic] számára, hogy a következő következtetéseket vonja le. <…> A megfigyelt örvények kívánt forgásirányát nem találtuk.” ( Varaksin A. Yu., Romash M. E., Kopejtsev V. N. Tornado. - M . : Fizmatlit, 2011. - S. 236. - 344 p. )
  16. ↑ T. Kawakubo, Y. Tsuchiya, M. Sugaya, K. Matsumura. Örvény kialakulása a nyelő körül: egyfajta fázisátalakulás nem egyensúlyi nyitott rendszerben // Fizik. Lett.. - 1978. - 68A sz . - S. 65 .