Обычное природное явление: когда мы выпускаем воду, например из ванной, мы замечаем завихрение на выходе воды. Скорее всего, у большинства людей не возникнет никаких дальнейших ассоциаций после этого, но часто тайны природы скрыты в таких малозаметных вещах. Тайна этого кроется в направлении вихря.
Если понравится, не поленитесь поставить лайк. Буду очень признателен! Спасибо 👍
Вращается ли воронка по часовой стрелке или против нее? Почему это происходит?
По этому вопросу следует оговориться: направление вихря связано с вращением земли. Вихрь в северном полушарии вращается против часовой стрелки (если смотреть вниз с точки зрения неба над Северным полюсом), а вихрь в южном полушарии вращается по часовой стрелке (если смотреть вниз с точки зрения неба над Южным полюсом).
Если вы снова спросите, почему это так происходит, ответ такой: на поток воды влияет сила тяжести грунта.
Этот ответ на первый взгляд кажется разумным.
А если я задам вопрос: когда мы спустим воду из ванной, мы обнаружим, что у воды есть водоворот, что определяет направление вихря?
Можно было бы ответить так: направление вихря связано с направлением вращения Земли, а северное полушарие вращается против часовой стрелки.
Но правильнее будет так: направление вращения водяного вихря такое же, как у земли. Начальный угловой момент потока воды связан со структурой ёмкости. Если воде дать отстояться долгое время, то очевидных водоворотов наблюдать не получится.
Уже были проведены эксперименты в северном и южном полушариях.
Ниже приведен скриншот эксперимента, проведенного в северном полушарии (листать галерею):
Видно, что во многих экспериментах он не всегда вращается против часовой стрелки.
То же самое и в южном полушарии (листать галерею):
Объяснение этому явлению такое: на направление вихря в основном влияют начальная динамическая сила и структура ёмкости, а вращение земли, вызванное влиянием силы смещения вращения Земли, очень мало, и не является основной причиной данного явления.
Далее в ходе эксперимента слегка наклонили кран в одну сторону, медленно налили воду, затем дали ей немного отстояться, а затем начали сливать воду. Было обнаружено, что направление вихря зависит от направления крана в начале (то есть потока воды). Т.е. был начальный угловой момент.
Основными факторами, влияющими на направление водяного вихря, действительно являются начальный угловой момент воды и структура бассейна.
Сила смещения.
Прежде всего, нам нужно знать, какова сила тяжести при вращении Земли.
Эта так называемая сила смещения вращения земли на самом деле не является реальной силой, это сила инерции, которая существует в неинерциальной системе.
Более широким термином должна быть сила Кориолиса. Сила смещения, приводящая к повороту земли, является лишь частичной силой силы Кориолиса (которая является проявлением силы Кориолиса в горизонтальном направлении поверхности Земли). Направление силы смещения, приводящей к повороту земли, перпендикулярно направлению движения объекта, то есть оно только изменяет направление движения, но не меняется само. Для интуитивного понимания скорости движения вы можете увидеть рисунок ниже:
Причём на движущиеся объекты в экваториальном направлении, не влияет гравитация земли (но это не означает, что сила кориолиса объекта, движущегося по экватору, равна нулю).
С увеличением широты сила геостационарного смещения движущегося объекта постепенно увеличивается. Численный расчет основан на F= 2mvWsinφ, m - масса объекта, v - скорость движения, W - угловая скорость и φ - широта.
В соответствии с этой формулой мы можем произвести расчет движущегося потока воды в ёмкости.
Предположим, радиус ванны равен 30 см, а вода течет от края к центральному сливу. Радиальная скорость составляет 2 метра в секунду. Широта рассчитывается как 60 градусов. Угловая скорость - это угловая скорость земли 7. 292x10 минус 5 квадратных рад / с.
Тогда боковое смещение потока воды, когда он достигает слива, составляет всего около 0,0028 мм. По сравнению с водоворотами, которые мы обычно видим, очевидно, что невозможно создать вихрь, который можно увидеть невооруженным глазом, полагаясь только на силу смещения.
Хотя сила геостационарного смещения практически бесполезна для образования водоворотов в ванной или ёмкости, влияние на крупномасштабное и долгосрочное движение должно быть очевидно.
Например, при образовании тайфунов, тайфуны в северном полушарии вращаются против часовой стрелки, в то время как тайфуны в южном полушарии вращаются по часовой стрелке (из-за слабого геостационарного смещения вблизи экватора). Поэтому тайфуны не будут формироваться вблизи экватора.
В целом, направление водного вихря, которое мы видим в нашей повседневной жизни, почти всегда вызвано факторами окружающей среды или начальной динамикой.
Что касается влияния силы смещения вращения Земли, вызванной вращением земли, ее можно прямо игнорировать.
Следовательно, это всего лишь слухи о том, что текущий вихрь в северном полушарии вращается против часовой стрелки, а в южном полушарии - по часовой стрелке из-за силы смещения вращения Земли.
Подписывайтесь на канал, чтобы быть в курсе всех событий и расширить свои знания о нашей невероятной Вселенной! 🌌🚀