Почему вода закручивается в водоворот?
То есть почему она не течет по кратчайшему пути в сливное отверстие, а именно закручивается? Какие силы тут действуют? То же самое с галактиками и звездными системами, почему они тоже закручиваются при образовании? Почему вещество в них не падает равномерно в центр, а закручивается?
ОбразованиеФизика+2
Анонимный вопрос
· 3,4 K
Википедист (автор, редактор) с 2008. Интересы широкие - мироустройство - физика, история... · 19 июн 2022
Вода закручивается в водоворот из-за столкновения встречных потоков (переход из стационарного состояния (в частности, ламинарного потока) в нестационарное (в частности, турбулентное).
Это явление (аэро- и гидродинамики) никак не связано с движением небесных тел. В небесной механике совсем другие законы (и понятие сопротивления среды (как при движении жидкостей и газов) отсутствует полностью).
Про воронку в ванной (комментарии на предыдущие ответы):
- сила Кориолиса исчезающе мала не только в масштабах слива воды в ванной, но и даже в масштабах водоворота в реке.
- жидкость не может вытекать в слив без закручивания (в масштабах ванной и более. Из стакана и т.п., конечно может, тем более при ламинарном потоке, т.е. без отверстия слива).
Водовороты возникают при столкновении потоков - например, в реках, при огибании потоком препятствий и т.п.
В ванной происходит то же - когда вы выдёргиваете пробку, у вас с разных сторон в слив устремляются потоки воды, они сталкиваются, поток приобретает нестационарный характер, возникает турбулентность потока...
- Т.е. вода именно старается стечь в слив по кратчайшему пути (как вы и спрашиваете), но т.к. это происходит со всех сторон сразу, то потоки воды начинают "толкаться" и выстраиваются в наиболее энергетически малозатратную форму потока - закручиваясь в воронку. Кстати, проведите эксперимент - вода из бутылки, если её подкрутить до воронки будет выливаться быстрее, чем из неподвижной бутылки.
Когда именно возникнет воронка и в какую сторону она будет закручена зависит от разных факторов. Момент возникновения связан с соотношением высоты уровня воды в ванной к диаметру сливного отверстия, а также от объёма жидкости. А направление закручивания от наличия внешних сил воздействия - или сами закрутили воду, или микронаклон (скорее всего) и вплоть до микродефектов сливного отверстия - какой то фактор подтолкнёт сталкивающие потоки к какому то направлению и воронка закрутится. Один из самых незначительных факторов - влияние силы Кориолиса, обусловленной вращением Земли. Сила Кориолиса закручивает в разных полушариях в разные направления вращения циклоны и смерчи, а для воронки в ванной - размеры маловаты, чтобы влияние было заметно.
Пример турбулентности в аэродинамике - срыв потока на законцовках крыла
с этим борются (для экономии топлива) с помощью винглетов - "крылышки" на законцовках крыла.
Если интересно, то вот 2-х минутное видео о том как шарлатан )) разыгрывает туристов на экваторе про воронку в сливе (объяснение этом фокусу можете найти сами )). Как минимум очевидно, что 2 метра вправо-влево от экватора ни на что влиять не могут.
Движение небесных тел (планет, спутников, галактик) подчиняется совсем другим законам, с водоворотом не связано никак.
Точного ответа, наука пока не предоставила. Кто-то считает, что на на воду действует сила Кориолиса, другие говорят, что этой силой является магнитное поле Земли (южный и северный полюс); температура, которая влияет на вращение; своеобразная форма ванны; разнообразные царапины или шероховатости. И таких предположений очень много.
Жидкость могла бы вытекать без закручивания при соблюдении ряда условий:
1. На жидкость не действуют никакие силы кроме гравитации.
2. В момент начала процесса жидкость по всему объему неподвижна и однородна.
3. Сливное отверстие и выпускная труба имеют идеально круглую форму, а труба не имеет изгибов.
На практике это никогда не выполняется, и вектор скорости течения... Читать далее
Поправлю Игоря, наука определённо точно говорит о силе Кориолиса. Наша планета вращается вокруг звезды, от сюда и возникает эта инерционная сила. Тоже самое с галактиками, звёзды в них вращаются по кругу, потому что сама галактика вращается вокруг какой-то точки. Однако при увеличении масштаба вселенной, симуляции показывают, что галактические нити вселенной не закручива... Читать далее