Водяная воронка

[arseniiv]

druggist в сообщении #1428079 писал(а):

Интересный вопрос, конечно же, влияет на направление закрутки вращение Земли?

Разве ему не был уже давно дан отрицательный ответ? Поля ванны слишком узки, чтобы оно давало вклад, как-то видимый на фоне куда больших вкладов других вещей типа того, не было ли течений в ванне перед открытием отверстия (если в ней купались и вылезли с минуту назад, были).

-- Пт ноя 29, 2019 00:30:54 --

(Тут где-то вроде раньше были ссылки, но не помню в какой теме.)

[sergey zhukov]

Вращение Земли - это последний по значимости фактор, который влияет на образование воронки в ванной. А на первом месте с большим отрывом - движение воды до открытия пробки и отсутствие осевой симметрии.

druggist в сообщении #1428079 писал(а):

Вообще-то, ощутимый момент импульса жидкость может приобретать при открытии слива задолго до образования воронки

Да. Тут я имею ввиду скорее просто спиральное, а не радиальное движение воды. Вообще я хотел обсудить образование торнадо, а водяная воронка - это только для начала. Она явно проще, но у нее с торнадо много общего.
Меня всегда интересовало, откуда торнадо берет столько вращательной энергии, которая долго не затухает? Где ее источник? Бывают очень похожие на торнадо вихри - пыльные дьяволы - в том числе очень маленького размера. Когда смотришь на его бешенное вращение, в то время, как в двух метрах от него воздух, похоже, вообще неподвижен, то сразу возникает вопрос: на чем он работает? Почему вращение не затухает, хотя рассеивание энергии должно быть значительным? У меня была мысль, что момент импульса просто не может пройти через вихрь (проходит только слабовращающийся воздух) и накапливается около оси вращения. Но похоже, что он еще и создается в этом вихре.

[druggist]

arseniiv в сообщении #1428083 писал(а):

Разве ему не был уже давно дан отрицательный ответ?

Похоже, наоборот, давно дали положитеьный, правда в лабораторных условиях(многочасовой отстой воды, плавное вынание пробки и т.д.). Воронка закручивается строго против часовой стрелке(естественно, в сев. полушарии) Интересно, что аналогичный результат вроде как можно получить в домашних условиях: http://www.physbook.ru/index.php/Kvant._%D0%92%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%B0_%D0%B8_%D0%B7%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%91%D1%8D%D1%80%D0%B0

[arseniiv]

druggist в сообщении #1428091 писал(а):

Похоже, наоборот, давно дали положитеьный, правда в лабораторных условиях(многочасовой отстой воды, плавное вынание пробки и т.д.).

А, ну так конечно если все остальные факторы исключить, этот сможет пробиться.

druggist в сообщении #1428091 писал(а):

Интересно, что аналогичный результат вроде как можно получить в домашних условиях:

Ну не знаю. Писать-то пишут, а вот можно ли вынуть пробку достаточно аккуратно, чтобы прям каждый раз закручивалось куда надо, не уверен. Статистику на одной ванне быстро не наберёшь (долго ждать каждый раз), а нужно бы не меньше нескольких десятков сливов, чтобы можно было говорить хоть о какой-то точности результата.

[druggist]

arseniiv в сообщении #1428092 писал(а):

Писать-то пишут,

Сам не проверял, но интересно:) Может, что-то можно придумать, чтобы выделить (усилить) эффект?

[arseniiv]

Можно поднять ванну на космическом лифте. Я лично не знаю. Вряд ли есть какая-то специальная форма ванны, например, которая бы при этом не выделяла одно из направлений, но улучшала ситуацию больше чем в десяток раз.

-- Пт ноя 29, 2019 14:36:57 --

То есть например можно банальный усилитель сделать: какой-то чувствительный датчик круговых потоков вокруг отверстия и где-то над ним управляемый этим датчиком миксер — но это тоже не то.

[sergey zhukov]

Если воронка торнадо сама создает момент импульса, то окружающий воздух может притекать к ней практически радиально, а момент импульса он приобретает от вихря. Если поток воздуха через вихрь очень большой, то вязкая передача момента импульса по направлению от центра вихря на периферию не сможет с достаточной скоростью распространяться против потока, так что область вращательного движения воздуха может быть локализована еще сильнее. Через вихрь момент импульса пройти не может, а распространится против радиального потока воздуха и рассеяться в окружающем пространстве он тоже не может. И при этом он постоянно создается.
Тонкий вихрь плохо пропускает момент импульса через себя, т.к. воздух, который проходит сквозь вихрь, должен двигаться по спирали вверх очень близко к оси, а скорость вращения при этом иметь очень большую. Мощные торнадо имеют большой диаметр и могут пропускать бОьший момент импульса, т.к. воздух может проходить через вихрь по спирали большего радиуса.
Равновесие между создаваемым моментом импульса и проходящим через вихрь достигается, видимо, путем изменения диаметра вихря.

[druggist]

Фейнман (гл.40 Течение "сухой" воды пар.4 "Циркуляция") описывает процесс образования воронки в отсутствие вязкости в сосуде с водой: необходимо создать момент относительно стенок, например, закрутив палочкой воду и открыть слив - пробку в днище, что обеспечивает радиальный поток воды. В ванной, по-видимому, момент у жидкости возникает из-за большой скорости слива при наличии вязкости. Что является аналогом слива (радиального притока среды) у торнадо? Не уверен, где-то читал, что между низко расположенной грозовой тучей и землей будет зона низкого давления - воздух в этом месте прогревается из-за тепла кристаллизации пара в облаке (туче) Холодный воздух с периферии идет в центр, так образуется радиальный поток, а из- за вязкости в центре он может закручиваться

[arseniiv]

druggist в сообщении #1428414 писал(а):

Что является аналогом слива (радиального притока среды) у торнадо?

Насколько я помню то, что где-то слышал, торнадо вообще образуется этаким поворотом вихря, который изначально в вертикальной плоскости. Хитрая атмосфера.

[sergey zhukov]

druggist в сообщении #1428414 писал(а):

Что является аналогом слива (радиального притока среды) у торнадо?

Тут, пожалуй, проще всего. Если большая масса воды сильно прогреется, то появится много влажного воздуха. Этот влажный воздух при подьеме вверх не остывает так же быстро, как сухой (от адиабатического расширения), он остывает с подьемом медленее за счет постоянной конденсации из него пара. В итоге он легче сухого воздуха на той же высоте. Так что если есть большая масса теплого влажного воздуха у земли, то она быстро поднимется вверх, выбросив всю воду. Если посмотреть записи торнадо, то можно увидеть, как пелена водяного пара возникает из восходящих потоков воздуха прямо на глазах. Торнадо работает на тепловой энергии водяного пара.
Сухой горячий воздух тоже поднимается вверх и может создавать вихри, но влажный образует гораздо более мощные вихри.
Процесс круговорота пара в атмосфере происходит постоянно, но почему-то иногда это приводит к торнадо, а иногда протекает совсем спокойно и незаметно.

[arseniiv]

Потому что объяснения должны быть куда более специфичными, вот почему?

[wrest]

sergey zhukov в сообщении #1428485 писал(а):

Процесс круговорота пара в атмосфере происходит постоянно, но почему-то иногда это приводит к торнадо, а иногда протекает совсем спокойно и незаметно.

В зарождении и поддержании смерчей, как я где-то слыхал, заметную роль может играть атмосферное электричество.

[sergey zhukov]

wrest в сообщении #1428565 писал(а):

В зарождении и поддержании смерчей, как я где-то слыхал, заметную роль может играть атмосферное электричество.

Не стал бы я сюда еще и это привлекать. По моему, электричество тут на последнем месте.

arseniiv в сообщении #1428557 писал(а):

Потому что объяснения должны быть куда более специфичными, вот почему?

Ну, по крайней мере энергией торнадо точно является неустойчивость атмосферы, т.е. слишком большой градиент температуры по высоте. Например, неустойчивость Релея-Бенара. Обычное следствие такой неустойчивости - конвективные ячейки Бенара или хаотическая конвекция. Но в некоторых случаях получается циклон, ураган или торнадо. Мне кажется, что иногда конвективные потоки вместо того, чтобы опускаться и подниматься прямо по месту, делают это через центр циклона. Т.е. циклон собирает конвективные потоки с большой площади и заставляет их проходить через свой центр. Это как бы еще одна форма конвекции.

Отдельный вопрос - неустойчивость Релея-Бенара. Например, возьмем кольцевую трубу, стенки которой прилегают друг к другу и могут хорошо обмениваться теплом (например, теплообменник типа "труба в трубе"). Заполним ее водой и начнем подогревать снизу, а сверху - отводить тепло:

Интересно, что есть вполне конечный градиент температуры, при котором круговорот воды по этому контуру не происходит и вообще устойчиво неподвижное состояние. Снизу теплая вода, сверху - холодная, но конвекции нет. Я это так понял: если представить себе малое смещение воды по кругу в этой ситуации, то, конечно, возникнет сила конвекции, которая должна бы по идее все увеличиваться и привести к циркуляции. Но в вязкой жидкости скорость потока, а не ускорение, пропорциональна силе. Поэтому при малом градиенте температуры теплопередача между трубами выравнивает температуру между ними быстрее, чем скорость потока нарушает ее. Сила конвекции, которая зависит от разности температур в обоих трубах, затухает.
В газовой атмосфере все может быть еще интереснее. Например, вы не задумывались над тем, почему с высотой температура воздуха падает, и это состояние атмосферы в общем устойчиво? Почему холодный воздух не опускается?

[Xey]

arseniiv в сообщении #1428418 писал(а):

слышал, торнадо вообще образуется этаким поворотом вихря, который изначально в вертикальной плоскости.

В порыве ветра, рябь на озере занимает десятки метров. До нее и после нее гладкая вода, ветра нет.
Пока не дошло, что порыв это перемещающийся вихрь с горизонтальной осью, задавался вопросом, откуда берется и куда исчезает воздух?

Порывы ветра (вихри с горизонтальной осью) обычное явление, а с вертикальной бывают редко.

Интересно, в какую сторону закручен перемещающийся вихрь с горизонтальной осью?

[sergey zhukov]

Xey в сообщении #1428694 писал(а):

В порыве ветра, рябь на озере занимает десятки метров. До нее и после нее гладкая вода, ветра нет.

Я всегда считал, что ветер иногда цепляет поверхность воды, иногда - нет. Там, где он зацепился, появляется рябь, которая после этого уже не может исчезнуть и начинает разрастаться. А там, где не зацепился - вода гладкая, хотя ветер и там продолжает дуть.

Направление горизонтального вихря не определено. С одной стороны - одно, с другой - другое.