Водяная воронка

[Xey]

sergey zhukov в сообщении #1428697 писал(а):

Направление горизонтального вихря

У поверхности земли (воды) направление вращения может совпадать с направлением перемещения горизонтального вихря, а может (или не может?) быть противоположным.

[druggist]

У меня еще вот какой вопрос в связи с декларируемой родственностью процессов образования водяной воронки и торнадо. В первом случае поверхность раздела между двумя фазами - воздухом и водой, проще, поверхность воды при наличии закрученности изгибается, принимая форму воронки. Во втором случае тоже есть как-бы видимая граница между "фазами": сверху непрозрачное облако, внизу прозрачный воздух. Внутренность смерча состоит из облачной "фазы", непрозрачной из-за капелек влаги. По аналогии получается, что облако, т.е., воздух с долей капелек или кристалликов легче нижележащего воздуха?

[arseniiv]

Облако это вообще динамическое равновесие. По крайней мере обычные кучевые барашки, где можно пренебречь кучей вещей, образуются в восходящих потоках, где свежий воздух постоянно пересыщается и пар там конденсируется (но капли непрерывно падают, и если поток недостаточно быстрый, даже выпадают и быстро из-за своих размеров испаряются), а уходящий в нисходящие потоки сушится. Когда кучевое облако достаточно вырастает в высоту, там появляется зона, где с облачными каплями (переохлаждёнными) соседствуют кристаллы, и может начаться образование крупных, происходящее уже станет хитрее, хотя в школьных описаниях это не очень поминается (ну правильно, не всем же в метеорологи идти). В грозе же или в системе торнадо вообще должны страсти твориться такие, которые без цифр и нормальных источников я бы настойчиво предложил всё-таки не пытаться выдумать без данных. Люди работали и что-то измеряли, любое объяснение на пальцах скорее всего будет слишком сильным, чтобы объяснить лишь то, что мы видим, но не то, чего нет. (Это в первую очередь для ТС.)

-- Вт дек 03, 2019 22:28:50 --

arseniiv в сообщении #1428738 писал(а):

и если поток недостаточно быстрый

Вот если падает крупный град, можно с уверенностью сказать, что достаточно быстрые потоки были, потому что градина должна как следует полетать вверх-вниз. В безобидном же облачке это, насколько помню, не так.

[sergey zhukov]

druggist в сообщении #1428729 писал(а):

В первом случае поверхность раздела между двумя фазами - воздухом и водой, проще, поверхность воды при наличии закрученности изгибается, принимая форму воронки.

Тут нужно помнить, что водяной вихрь в ванной над сливом появляется задолго до того, как в его центре образуется пустота (что мы и называем воронкой). Торнадо нужно скорее сравнивать с водяной воронкой, в центре которой еще не образовалась пустота.

Известно, что в центре торнадо давление заметно ниже, чем на удалении от него. Не вакуум конечно, но вполне может быть на 10% ниже. Это несложно понять: если вращающийся цилиндр воздуха устойчив, то внутри него давление должно быть ниже, чем снаружи, чтобы противостоять центробежной силе.

Облако вряд ли легче чистого воздуха. Тут вот такой механизм: когда теплый влажный воздух поднимается, давление с высотой падает, он расширяется и начинает охлаждаться. Из него выпадает конденсат и получается облако. Если этот конденсат пытается опуститься ниже, то там температура воздуха выше и конденсат снова испаряется. В итоге воздух крутится в цикле "земля-тропосфера" и переносит тепло от земли к вышележащим слоям атмосферы. А водяной пар на некоторый высоте отделяется от него в виде облака, когда воздух идет вверх и снова растворяется в нем, когда воздух идет вниз. Это хорошо видно на примере образования очень характерных облаков над горой, когда воздух огибает ее сверху:

Это облако "проточное". Воздух и водяные капли постоянно протекают через него, а оно выглядит неподвижным.

Пыльные дьяволы образуются и в сухом воздухе, наличие влаги тут не критично, необходима в основном разница температур. Если нет пыли, то эти вихри вообще невидимы. Самое главное, что дает вода и пар - это теплота конденсации этого пара. Влажный воздух при подъеме остывает гораздо медленнее, чем сухой, т.к. из него постоянно выпадает конденсат, подогревая этот воздух. Это усиливает конвекцию.
Нельзя сказать, что облако легче нижележащего воздуха. Облако - это проточная структура, которая в каждый следующий момент состоит из другого воздуха и другого пара. Оно выглядит самостоятельным объектом, но это просто часть потока, который на одном из своих участков меняет прозрачность.

-- 03.12.2019, 21:49 --

arseniiv в сообщении #1428738 писал(а):

Люди работали и что-то измеряли, любое объяснение на пальцах скорее всего будет слишком сильным, чтобы объяснить лишь то, что мы видим, но не то, чего нет. (Это в первую очередь для ТС.)

Предлагаю простейшее объяснение и жду критики.

[druggist]

sergey zhukov в сообщении #1428739 писал(а):

Торнадо нужно скорее сравнивать с водяной воронкой, в центре которой еще не образовалась пустота.

Тем не менее тело воронки состоит из "вещества" облака, оно может засасываться в образующуюся область низкого давления. То есть, само облако не вращается, а вращается воздух под облаком(тучей). Таким образом, граница существует

[sergey zhukov]

druggist в сообщении #1428753 писал(а):

Таким образом, граница существует

Ну, это такая граница, что ее точное определение породит больше проблем, чем решит. Мы же не проводим резкую границу где-то внутри водяного вихря, в котором еще нет пустоты на оси? Ясно, что здесь нет границы. Скажем, пыльный дьявол насасывает в себя пыль и становится виден. Не приходит же нам в голову провести какой-то раздел по границе чистого и запыленного воздуха? Просто в одном месте потоки воздуха могут поддерживать пыль на весу, в другом - не могут. Если говорить о какой-то границе, то тут проходит граница поднимающей силы потока.
И потом, почему же облако не вращается? Очень даже вращается. Если посмотреть снимки ураганов из космоса, это легко можно увидеть.

[druggist]

Возможно, это видео имеет отношение к моему вопросу: https://www.youtube.com/watch?v=wPGHxo8LX64
Я, кстати, повторял этот опыт с растительным маслом, используя для закрутки жидкости миксер для взбивания сливок ("капучинизатор") Слой масла высотой полсантиметра, налитый поверх воды в стакан стягивается на поверхности в пятно диам 1-1.5 см, при не слишком больших оборотах поверхность жидкости плоская, а воронка полностью заполнена маслом

[sergey zhukov]

Ролик хороший. Про низкое давление в центре понятно рассказано. Про структуру потоков тоже хорошо.

К сожалению, такие эксперименты закручивают и поддерживают вращение жидкости искусственно, а нам то как раз и хотелось бы знать, откуда появляется и чем поддерживается это вращение.
Двигатель торнадо - это все же "вытекание снизу вверх" теплого влажного воздуха с поверхности земли в верхние слои атмосферы. Причем воздух сложнее жидкости по крайней мере в двух аспектах:

1. Он сжимаем, т.е. его плотность и температура зависят от давления;
2. Он может содержать разное количество водяного пара, который может выпадать из воздуха и снова растворяться в нем, забирая или отдавая тепло и, соответственно, нагревая или охлаждая воздух и влияя таким образом на его плотность.

Можно придумать сценарий, при котором у поверхности земли или океана может скопиться много теплого влажного воздуха, который будет там находится, устойчивый к малым возмущениям, но не устойчивый к большим. Если где-то происходит "прокол" (большое возмущение), то воздух тут начинает быстро подниматься. Он подсасывает в эту область остальной приземный теплый влажный воздух, который тоже начинает подниматься в этом месте. В других местах он не поднимается, т.к. там подобных больших возмущений не случилось. Через этот прокол может вытечь весь запас влажного воздуха.
Это не обязательно так происходит, но и невозможного я тут ничего не вижу.

[druggist]

sergey zhukov в сообщении #1428884 писал(а):

Ролик хороший.

Мне кажется, они (GetAClass - Физика в опытах и экспериментах) все неплохие, позволю себе привести еще один("Центробежная сила и огненный торнадо") :
https://www.youtube.com/watch?v=GxetxPB8vNE

И опять же вопрос, почему область пламени не только сужается, но и устремляется вверх (между прочем, аналогично узкому и длинному конусу, вытягивающемуся вниз из грозовой тучи) ?

[sergey zhukov]

druggist в сообщении #1429013 писал(а):

почему область пламени не только сужается, но и устремляется вверх

Трудно сказать. Может, горение в вихре просто становится интенсивнее и продолжается дольше. Или вертикальный поток воздуха на оси вихря становится быстрее и выносит пламя выше.

Насчет торнадо. Если почитать про механизм образования в атмосфере конвективных ячеей и суперячеек, с которыми и связаны торнадо, то оттуда следует, что похоже, восходящий поток воздуха собственно через воронку торнадо не так уже и велик или даже вообще отсутствует.

Воздух поднимается к облаку вертикально с большой площади и закручивается уже высоко внутри облака. Это та "магнитная мешалка", которая поддерживает сверху вращение относительно маленького по размерам (в сравнении с площадью восходящего потока воздуха) видимого конуса торнадо. Поэтому сама видимая воронка торнадо не так уж нуждается в радиальном притоке воздуха и может существовать, похоже, вообще без него. Она получает вращение сверху, а не генерирует его самостоятельно.

Этим, видимо, объясняется то странное впечатление, которое производит воронка торнадо: она как бы существует совершенно самостоятельно в относительно спокойном окружающем воздухе и источник ее энергии неясен. Не ощущается даже радиального потока воздуха к ней. Можно предположить, что вихрь образуется высоко в облаке по хорошо известным причинам, а потом часть вращательной энергии от него поступает вниз в воронку торнадо. Т.е. настоящая воздушная воронка, через которую протекает радиальный поток и которую можно сравнивать с воронкой в ванне, находится в облаке выше, а воронка торнадо - это просто вязкая передача вращательного движения сверху вниз.

[schoolboy]

Воронка Кариолиса
Автор утверждает, что все-таки наблюдает эффект Кариолиса для воронки в ванной.

[druggist]

schoolboy в сообщении #1429036 писал(а):

Воронка Кариолиса

Автор утверждает, что все-таки наблюдает эффект Кариолиса для воронки в ванной.

druggist в сообщении #1428091 писал(а):

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: [url]http://www.physbook.ru/index.php/Kvant._/url]

Это один и тот же человек

sergey zhukov в сообщении #1429033 писал(а):

Воздух поднимается к облаку вертикально с большой площади и закручивается уже высоко внутри облака

Ну, а как же ячейки Бенара? В одних местах(локально) легкий(теплый) воздух подымается -восходящий поток, в других(также локально) - тяжелый(холодный) опускается - нисходящий. При этом площадь сбора - гораздо больше - это начальный участок, где скорость в основном радиальная - к вертикальному потоку. Это аналог слива ванной, только работающий как вниз так и вверх. А дальше сохранение момента приводит к образованию закрученной воронки с дико вращающимся "носиком"

[schoolboy]

druggist в сообщении #1429053 писал(а):

Это один и тот же человек

Да, виноват, не посмотрел внимательно весь топик. Но для меня его результат сомнителен, потому что у меня в ванной вода в воронке закручивается всегда в одну сторону без всякого отстоя, более того, если я заранее пытаюсь закрутить в другую сторону, то через некоторое время она останавливается и начинает крутиться в другую сторону. Поэтому я сделал вывод, что форма ванной, расположение в ней слива имеют гораздо большее значение, чем эффект Кариолиса.

[druggist]

schoolboy в сообщении #1429063 писал(а):

Поэтому я сделал вывод, что форма ванной, расположение в ней слива имеют гораздо большее значение, чем эффект Кариолиса.

Вчера появился комментарий под статьей( на "Элементах") такого же плана.

[sergey zhukov]

Воронка в ванной скорее похожа не на торнадо, а на пыльный смерч. Механизм пыльного смерча по моему проще, чем у торнадо. Двигатель торнадо скрыт в грозовом облаке, а пыльный смерч не получает вращательной энергии сверху и развивается снизу вверх. К тому же он работает в сухом воздухе, поведение которого проще.

Пыльный смерч - это быстрый узкий восходящий поток горячего воздуха. Представим себе хорошо прогретую асфальтовую площадку. Воздух около ее поверхности хорошо прогрелся и начинает формировать восходящий поток. Давление в этом потоке ниже, поэтому он сжимается окружающими неподвижными холодными массами воздуха, становится уже, скорость в нем увеличивается, давление падает еще ниже, он сжимается еще сильнее и т.д.

Восходящий поток воздуха может быть нестабильным, т.к. окружающий его неподвижный воздух стремится его сжать и прекратить. Но он может стать стабильным, если будет закручен. В закрученном восходящем потоке центробежная сила противостоит сжимающему давлению. Закрученный восходящий поток может иметь большой расход, высокую вертикальную скорость воздуха и при этом стабильный диаметр. Давление окружающего неподвижного воздуха не может сжать его.