Hvirvling af vand ved dræning

Hvirvling af vand ved dræning
Hentyder til hydrodynamik

Hvirvling af vand under et afløb  er en "kendsgerning" baseret på observationen af ​​vandets bevægelse i et spabad , der opstår, når det strømmer ind i afløbshullet i en vask eller et badekar. Der er en udbredt tro på, at vandet hvirvler i forskellige retninger på Jordens sydlige og nordlige halvkugle , hvilket forklares af Jordens rotation og Coriolis-kraftens virkning .

Ifølge nogle misforståelser vil en person, der for eksempel befinder sig i en brusekabine på et havfartøj, ved at ændre vandets rotationsretning ved dræning angiveligt være i stand til at bestemme fartøjets krydsning af ækvator . Kritikere af denne udtalelse hævder, at på både den sydlige og nordlige halvkugle kan en tragt i en almindelig vask dreje både med uret og mod uret, afhængigt af geometrien af ​​strømmene i væsken, de individuelle træk ved geometrien af ​​et bestemt bad, og strukturen af ​​dens overflade (for eksempel ruhed ) og konfigurationen af ​​kloaksystemet. De forklarer dette ved at sige, at Rossby-tallet er for højt til dette fænomen, det vil sige, at fænomenets skala er for lille til at blive væsentligt påvirket af Coriolis-effekten.

I praksis manifesterer effekten sig kun i nøje planlagte eksperimenter udført langt fra ækvator, som bruger strengt symmetriske kar, mange timers væskeaflejring før måling og kontrol af ydre forhold (temperaturstabilitet og fravær af luftstrømme). [en]

Laboratorieforsøg

I laboratorieforsøg , hvor der blev taget særlige forholdsregler for at udelukke utilsigtede forstyrrelser (symmetrien af ​​beholderens form blev nøje opretholdt, væsken blev bundfældet i lang tid før dræning, virkningen af ​​luftstrømme blev forhindret), blev det bekræftet [2] [3] at væsken, som i den nordlige [ 4] [5] [6] , og på den sydlige [7] halvkugle modtager den rotation, som teorien forudsiger. Filmning af et af disse eksperimenter blev inkluderet i en serie af træningsfilm om fluidmekanik, der blev produceret af National Fluid Mechanics Film Committee [8] . I nogle forsøg [9] blev der observeret en ændring i væskens rotationsretning, når væskeoverfladen nærmede sig bunden af ​​karret.

Eksperimenter derhjemme

For eksperimenter i hjemmet (dræning af vand fra badet ) er de eksperimentelle data anderledes. Der er en observation, at man under ideelle forhold, med passende omhu og passende forberedelser, kan observere effekten af ​​vridning, kun på grund af Coriolis-kraften, og hjemme [10]  - på den nordlige halvkugle vil vandet snurre mod uret, og i det sydlige - med uret, giver artiklens tekst dog ikke bevis for, at forsøget blev udført i flere bade, så rotationsretningen kan skyldes den tilfældige asymmetri i et bestemt kar.

Den velkendte lærebog om hydrodynamik af Milne-Thomson fastslår, at omdrejningsretningen afhænger af vandets temperatur [11] , selvom denne observation kan skyldes, at badet blev fyldt med varmt og koldt vand gennem forskellige vandhaner. , hvilket kunne føre til små indledende drejninger i forskellige retninger.

Der er rapporter om direkte eksperimentelle beviser for fraværet af en overvejende drejningsretning for udstrømningen fra bade [12] [13] . Derudover, til fordel for ligesandsynligheden for venstre og højre vridning for et stort antal bade, eksperimenter med udstrømning af væske fra beholdere med en ulige grad af ruhed af individuelle sektioner af bunden og væggene og en asymmetrisk placering af drænhullet [14] , samt eksperimenter med modellering af et lignende fænomen - generering af opstigende lufthvirvler under opvarmning af den underliggende overflade [15] .

Ustabilitetens rolle i retningsbestemmelsen

Der er også en opfattelse af, at det i eksperimentet er umuligt at observere effekten af ​​vridning, kun på grund af Coriolis-kraften, fordi der ved visse Reynolds-tal altid opstår ustabilitet i den aksiale strøm [16] , hvilket fører til forekomsten af ​​med uret eller rotation mod uret med lige stor sandsynlighed.

Se også

Noter

  1. ↑ Kan nogen endelig afgøre dette spørgsmål: Drejer vand, der flyder ned ad et afløb, i forskellige retninger afhængigt af hvilken halvkugle du befinder dig i? Og hvis ja, hvorfor? Arkiveret 17. december 2014 på Wayback Machine // SciAm , 2001: "Selv i et kar med et perfekt symmetrisk afløb, vil cirkulationsretningen primært blive påvirket af eventuelle reststrømme i badekarret, der er tilbage fra det tidspunkt, hvor det blev fyldt. "Det kan tage mere end en dag, før sådanne reststrømme aftager fuldstændigt.
  2. ↑ Breve til redaktør  // Am. J. Phys .. - 1994. - T. 62 , nr. 12 . - S. 1063 . Arkiveret fra originalen den 20. juli 2013.
  3. ↑ Walker J. Fysisk fyrværkeri. - 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. Buth-tub hvirvel  // Nature. - 1962. - T. 196 . - S. 1080-1081 .
  6. ↑ Binnie A.M. Nogle eksperimenter på badekar-hvirvelen // 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  // Nature. - 1965. - T. 207 , no. 5001 . - S. 1084-1085 .
  8. ↑ National Committee for Fluid Mechanics Films (NCFMF) Arkiveret 21. oktober 2016 på Wayback Machine . Kommentarer i filmens metodevejledning: Shapiro AH Filmnoter til "Vorticity" . - 1969. - S. 5-6. - 12 sek.
  9. ↑ Sibulkin M. A note on the bathtub vortex // Journal of Fluid Mechanics. - 1962. - T. 14 . - S. 21-24 .
  10. ↑ Surdin V. Vann og Baers lov  // Kvant . - 2003. - Nr. 3 . - S. 12-14 .
  11. ↑ "Fra tid til anden er der en diskussion om, hvorvidt hvirvelens rotationsretning, som ofte kan observeres, når vandet strømmer ud af badet, er forskellig på Jordens nordlige og sydlige halvkugle. Det er let at verificere eksperimentelt, at enhver rotationsretning af denne hvirvel kan opnås, afhængig af om badet er fyldt med varmt eller koldt vand. I varmt og koldt vand, der bevæger sig nær grænsen, opstår hvirvler i den modsatte retning ”( Milne-Thomson L. M. Theoretical hydrodynamics . - M .: Mir, 1964. - S. 534. - 656 s. ).
  12. ↑ “For at være sikker på dette organiserede jeg for to år siden sammen med læserne af et af vores populærvidenskabelige tidsskrifter en kollektiv verifikation af Acads udtalelse. D. Grav. Hver af deltagerne i dette arbejde skulle spore et dusin gange i hvilken retning tragten roterer, som dannes, når vandet strømmer ud af badekarret, håndvasken og lignende tanke, og sende mig en besked, hvor mange gange ud af ti tilfælde roterer mod uret blev observeret. Selvom et relativt lille antal læsere deltog i spørgeskemaet, kunne det ikke desto mindre ved at sammenligne det modtagne materiale konkluderes, at overvægten af ​​rotation i retning mod uret ikke blev bemærket”( Perelman Ya. I. Kender du fysik? . - M . : Nauka, 1992. - S. 92. - 272 s. - ISBN 5-02-014446-0 . ).
  13. ↑ Der er en rapport (som kan være en del af videnskabelig folklore), at den berømte hydrodynamiker G. Yu. Stepanov kontaktede et stort antal af sine kolleger og bad dem om at bestemme rotationsretningen for tragten i deres bade. Det blev oplyst, at antallet af bade med venstre og højre rotation af tragtene var omtrent det samme.
  14. ↑ Karlikov V. P. , Rozin A. V., Tolokonnikov S. L. Om problemet med tragtdannelse under udstrømning af væsker fra kar  // Izvestiya RAN. Mekanik af væske og gas. - 2008. - Nr. 3 . - S. 140-151 .
  15. ↑ "Flere gentagelser af eksperimenter på forskellige måder gjorde det muligt for [sic] at drage følgende konklusioner. <…> Der blev ikke fundet nogen foretrukken rotationsretning for de observerede hvirvler." ( 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. Dannelse af en hvirvel omkring en vask: en slags faseovergang i et ikke-ligevægts åbent system // Fysisk. Lett.. - 1978. - Nr. 68A . - S. 65 .