Víření vody při vypouštění

Víření vody při vypouštění
Odkazuje na hydrodynamika

Víření vody při odtoku  je „fakt“ založený na pozorování pohybu vody ve vířivce , ke kterému dochází, když nateče do odtokového otvoru umyvadla nebo vany. Existuje rozšířený názor, že voda víří různými směry na jižní a severní polokouli Země , což se vysvětluje rotací Země a působením Coriolisovy síly .

Podle některých mylných představ by člověk, který je například ve sprchové kabině na námořní lodi, změnou směru otáčení vody při vypouštění údajně mohl určit překročení rovníku plavidlem . Kritici tohoto tvrzení tvrdí, že jak na jižní, tak na severní polokouli se trychtýř v běžném umyvadle může otáčet ve směru i proti směru hodinových ručiček, v závislosti na geometrii proudů v kapalině, individuálních vlastnostech geometrie konkrétní lázně a struktura jeho povrchu (například drsnost) a konfigurace kanalizačního systému. Vysvětlují to tím, že Rossbyho číslo je pro tento jev příliš vysoké, to znamená, že rozsah jevu je příliš malý na to, aby mohl být významně ovlivněn Coriolisovým efektem.

V praxi se efekt projevuje pouze v pečlivě naplánovaných experimentech prováděných daleko od rovníku, při kterých se používají přísně symetrické nádoby, mnohahodinové usazování kapaliny před měřením a kontrola vnějších podmínek (stabilita teploty a absence proudění vzduchu). [jeden]

Laboratorní experimenty

V laboratorních experimentech , při kterých byla přijata zvláštní opatření k vyloučení náhodných poruch (symetrie tvaru nádoby byla přísně dodržována, kapalina se dlouho usazovala před vypuštěním, bylo zabráněno působení proudů vzduchu), bylo potvrzeno [2] [3] že, stejně jako na severní [4] [5] [6] i na jižní [7] polokouli, tekutina přijímá rotaci předpovídanou teorií. Natáčení jednoho z těchto experimentů bylo zahrnuto do série filmů pro školení mechaniky tekutin, které produkoval National Fluid Mechanics Film Committee [8] . V některých experimentech [9] byla pozorována změna směru rotace kapaliny, když se hladina kapaliny přiblížila ke dnu nádoby.

Experimenty doma

Pro pokusy doma (vypouštění vody z vany ) jsou experimentální data odlišná. Existuje pozorování, že za ideálních podmínek, s náležitou péčí a vhodnou přípravou, lze pozorovat efekt kroucení, pouze díky Coriolisově síle, a doma [10]  - na severní polokouli se voda bude točit proti směru hodinových ručiček a na jihu - ve směru hodinových ručiček však text článku nedokazuje, že experiment byl prováděn pro několik lázní, takže směr rotace může být způsoben náhodnou asymetrií konkrétní nádoby.

Známá učebnice hydrodynamiky od Milne-Thomsona uvádí, že směr otáčení závisí na teplotě vody [11] , i když toto pozorování může být způsobeno tím, že vana byla napouštěna horkou a studenou vodou různými kohoutky. , což by mohlo vést k malým počátečním zvratům v různých směrech.

Existují zprávy o přímém experimentálním důkazu absence převládajícího směru zkroucení pro odtok z lázní [12] [13] . Navíc ve prospěch ekvipravděpodobnosti levého a pravého zkroucení pro velký počet van byly experimenty s výtokem kapaliny z nádob s nestejným stupněm drsnosti jednotlivých úseků dna a stěn a asymetrickým umístěním vypouštěcího otvoru. [14] , stejně jako experimenty na modelování podobného jevu - generování vzestupných vzduchových vírů při ohřevu podkladového povrchu [15] .

Role nestability při určování směru

Existuje také názor, že v experimentu není možné pozorovat efekt kroucení, a to pouze kvůli Coriolisově síle, protože při určitých Reynoldsových číslech vždy dochází k nestabilitě v axiálním proudění [16] , což vede k výskytu pravotočivých nebo otáčení proti směru hodinových ručiček se stejnou pravděpodobností.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Dokáže někdo konečně vyřešit tuto otázku: Otáčí se voda tekoucí odtokem různými směry v závislosti na tom, na které polokouli se nacházíte? A pokud ano, proč? Archivováno 17. prosince 2014 na Wayback Machine // SciAm , 2001: „I ve vaně s dokonale symetrickým odtokem bude směr cirkulace primárně ovlivněn případnými zbytkovými proudy ve vaně, které zbyly z doby, kdy byla napuštěna. „Úplné odeznění takových reziduálních proudů může trvat déle než jeden den.
  2. ↑ Dopisy editorovi  // Am. J. Phys.. - 1994. - T. 62 , č. 12 . - S. 1063 . Archivováno z originálu 20. července 2013.
  3. ↑ Walker J. Fyzický ohňostroj. - M .: Mir, 1988. - S. 98, 215-216. — 298 s.
  4. ↑ Turmlitz O. Ein neuerphysikalischer Beweis der Achsendrehung der Erde // SBAkad. Wiss. Wein, Abt. IIa. - 1908. - T. 117 . - S. 819 .
  5. ↑ Shapiro A.H. Buthův vír  // Příroda. - 1962. - T. 196 . - S. 1080-1081 .
  6. ↑ Binnie A.M. Některé experimenty na víru ve vaně // J. Mech. Ing. Sci .. - 1964. - T. 6 . - S. 256-257 .
  7. ↑ Trefethen LM, Bilger RW, Fink PT, Luxton RE, Tanner RI Vanový vír na jižní polokouli  // Příroda. - 1965. - T. 207 , čís. 5001 . - S. 1084-1085 .
  8. ↑ National Committee for Fluid Mechanics Films (NCFMF) Archivováno 21. října 2016 na Wayback Machine . Komentáře v metodické příručce k filmu: Shapiro AH Poznámky k filmu pro "Vorticity" . - 1969. - S. 5-6. - 12 s
  9. ↑ Sibulkin M. Poznámka k vanovému víru // Journal of Fluid Mechanics. - 1962. - T. 14 . - S. 21-24 .
  10. ↑ Surdin V. Vann a Baerův zákon  // Kvant . - 2003. - č. 3 . - S. 12-14 .
  11. ↑ „Čas od času se diskutuje o tom, zda směr rotace víru, který lze často pozorovat při vytékání vody z vany, není na severní a jižní polokouli Země odlišný. Je snadné experimentálně ověřit, že lze získat libovolný směr rotace tohoto víru v závislosti na tom, zda je lázeň naplněna horkou nebo studenou vodou. V horké a studené vodě pohybující se blízko hranice vznikají víry opačného směru “( Milne-Thomson L. M. Theoretical hydrodynamics . - M .: Mir, 1964. - S. 534. - 656 s. ).
  12. ↑ „Chtěl jsem se o tom ujistit, zorganizoval jsem před dvěma lety se čtenáři jednoho z našich populárně-vědeckých časopisů hromadné ověření výroku akad. D. Hrob. Každý z účastníků této práce musel tucetkrát vysledovat, kterým směrem se otáčí trychtýř, který vzniká, když voda vytéká z vany, umyvadla a podobných nádrží, a poslat mi zprávu, kolikrát z deseti případů se otáčí proti směru hodinových ručiček bylo pozorováno. Přestože se dotazníku zúčastnilo relativně malý počet čtenářů, přesto bylo možné při porovnání obdrženého materiálu dojít k závěru, že převaha rotace proti směru hodinových ručiček nebyla zaznamenána “( Perelman Ya. I. Do you know fyziky? . - M . : Nauka, 1992. - S. 92. - 272 s. - ISBN 5-02-014446-0 . ).
  13. ↑ Existuje zpráva (která může být součástí vědeckého folklóru), že slavný hydrodynamik G. Yu. Stepanov kontaktoval velké množství svých kolegů a požádal je, aby určili směr otáčení trychtýře ve svých lázních. Bylo konstatováno, že počet lázní s levou a pravou rotací trychtýřů byl přibližně stejný.
  14. ↑ Karlikov V. P. , Rozin A. V., Tolokonnikov S. L. K problému tvorby nálevky při výtoku kapalin z nádob  // Izvestiya RAN. Mechanika kapalin a plynů. - 2008. - č. 3 . - S. 140-151 .
  15. ↑ „Vícenásobné opakování experimentů v různých režimech umožnilo [sic] vyvodit následující závěry. <…> Nebyl nalezen žádný preferovaný směr rotace pozorovaných vírů. ( Varaksin A. Yu., Romash M. E., Kopeitsev V. N. Tornado. - M. : Fizmatlit, 2011. - S. 236. - 344 s. )
  16. ↑ T. Kawakubo, Y. Tsuchiya, M. Sugaya, K. Matsumura. Vznik víru kolem jímky: druh fázového přechodu v nerovnovážném otevřeném systému // Phys. Lett.. - 1978. - č. 68A . - S. 65 .