Vòng xoáy

28

Vòng xoáy

Các câu hỏi chuẩn bị cho bài giảng về vòng xoáy có những thay đổi thú vị.

Một hộp điển hình để chứng minh các xoáy tốt đã được biết đến rộng rãi và không cần mô tả chi tiết*). Thiết bị của chúng tôi lớn hơn đáng kể so với những thiết bị thường được sử dụng. Đây là một chiếc hộp gỗ hình khối có cạnh dài khoảng một mét; một bức tường được làm bằng vải dầu mỏng, treo lơ lửng, có hai ống cao su chéo, được gắn chắc chắn ở các góc. Cần có ống cao su để đảm bảo vải dầu trở về vị trí ban đầu.

Một chiếc hộp như vậy phóng ra những luồng không khí có lực rất lớn, và tác động của chiếc nhẫn lên tường giảng đường rất lớn và giống như âm thanh của một cú thổi nhẹ bằng một chiếc khăn. Khán giả có thể biết được “độ cứng” của cơn lốc không khí đang quay bằng cách thả liên tiếp những chiếc chốt vô hình vào hội trường. Cú đánh của một cái chốt vào mặt một người bị nhầm lẫn giống như một cú đẩy nhẹ từ chiếc gối xuống.

Để có thể nhìn thấy các giếng, bạn cần điền vào ô

*) Xem bài viết “Cơ sở cơ bản của lý thuyết xoáy” của N. E. Zhukovsky trong “Kvanit” số 4, 1971.

Tôi trộn các mảnh amoniac và hydro bằng ống cao su nối với hai bình trong đó NH₄OH và HCl đang sôi. Phương pháp này cho kết quả tốt. Hình 1 được thực hiện với các bức ảnh chụp các vòng lớn thu được theo cách này. Nhìn từ bên cạnh rất thú vị: nó cho thấy cái đuôi (tương tự đuôi sao chổi), được hình thành do ma sát của các phần bên ngoài của vòng với bầu khí quyển khi nó di chuyển về phía trước.

Sức mạnh của các vòng khí có thể được thể hiện theo cách này. Ví dụ, đặt chúng trên một hộp các tông phẳng, đứng cách xa nơi lắp đặt một khoảng. Trong trường hợp này, chiếc hộp ngay lập tức bị lật hoặc thậm chí rơi xuống sàn. Bằng cách chạm vào vòng xoáy, bạn có thể dập tắt ngọn lửa của bếp gas. Sau một số khóa huấn luyện, bạn có thể học cách thả nhanh hai chiếc nhẫn theo từng đợt và sao cho chiếc thứ hai bay với một vài chiếc.

29

nhanh hơn lần đầu. Sau đó, vòng thứ hai đuổi kịp vòng thứ nhất, di chuyển ra xa nó và bật ra; cả hai vòng vẫn còn nguyên và biến thành các hình elip dao động. Điều này cho thấy cửa thoát khí có tính đàn hồi. Tất cả những thử nghiệm tôi thực hiện với hai chiếc hộp đều cho kết quả không như ý.

Mặc dù các vòng lớn được tạo ra theo cách sắp xếp được mô tả là phù hợp nhất cho việc trình diễn bài giảng, nhưng tôi thấy rằng có thể thu được các vòng đối xứng và đẹp hơn nhiều bằng cách thổi khói từ giấy hoặc ống thủy tinh có đường kính 2,5 cm*). Nếu bạn nhìn từ bên cạnh các vòng thổi trong không khí tĩnh lặng gần đèn hoặc dưới ánh sáng mặt trời, bạn có thể thấy những đường xoắn ốc rất đẹp. Tôi đã cố gắng tạo thành một trong những chiếc nhẫn này như sau. Một màn trập tạm thời được gắn trên cửa của một căn phòng tối và một ngọn đèn hồ quang được tập trung vào khe của nó bằng một chiếc gương lõm lớn. Tấm nhựa chụp ảnh được lắp đặt trong phòng tối để nó được chiếu sáng bởi chùm tia phân kỳ phát ra từ sự phản chiếu của vòng cung trong gương (khi màn trập mở). Một chiếc đèn đỏ được đặt trước chiếc đĩa, sau đó những chiếc vòng được thổi ra khỏi ống. Ngay khi chiếc nhẫn có hình dạng đối xứng và không di chuyển quá nhanh, xuất hiện trước mặt tấm, chúng tôi giữ sợi dây dẫn đến màn trập và tấm được chiếu sáng bằng đèn flash chói mắt. Một bóng tối rõ ràng rơi xuống từ chiếc nhẫn do kích thước nhỏ và sự tách biệt của nguồn sáng. Hình 2 được tạo từ bức ảnh thu được. Có thể thấy rằng chiếc nhẫn bao gồm một lớp khói và một lớp không khí, tạo thành một vòng xoắn ốc gồm nhiều vòng cuối.

Rõ ràng, tốc độ góc quay tăng khi

*) Khói có thể được tạo ra, ví dụ, bằng cách đặt giấy cháy âm ỉ vào hộp kín.

30

giá có đường chấm. Thí nghiệm này không hiệu quả trên quy mô lớn, mặc dù tôi đã đạt được một số thành công khi phun amoniac vào mép trên của lỗ bằng một sợi dây sắt hình yggago được làm nóng bằng dòng điện.

Bằng cách thực hiện một số biện pháp phòng ngừa, có thể thu được nửa vòng khói như trong Hình 4. Đây là một minh họa tuyệt vời về thực tế là sự hình thành nửa vòng khói không phụ thuộc vào sự hiện diện của khói. Cách tốt nhất để có được nửa vòng là thổi khói thật nhẹ vào ống giấy, để khói chảy xuống đáy ống cho đến khi hết. Sau đó, khối u được đẩy ra ngoài bằng một hơi thở ra nhẹ nhàng. Có thể tốt hơn nếu tiến hành thí nghiệm trong một ống ăn mòn lớn có lỗ ở đáy, vì

Cơm. 4.

trong trường hợp này, người ta có thể quan sát các hiện tượng xảy ra bên trong. Khá dễ dàng để có được một koltsezu, trong đó phần khói tập trung ở nửa dưới; nhưng để có được một chiếc nhẫn, một nửa trong số đó hoàn toàn vô hình và sao cho mép khói được đánh giá rõ ràng (như trong Hình 4), đòi hỏi phải thực hành nhiều. Tôi đã thử nhiều kế hoạch khác nhau để sản xuất những nửa chiếc nhẫn này trên quy mô lớn, nhưng không có kế hoạch nào mang lại kết quả đáng nói. Có vẻ như việc sử dụng dây nóng với amoniac là phương pháp hứa hẹn nhất, nhưng tôi không nhận được giới hạn khói được đánh giá rõ ràng và đây là điểm khác biệt của các vòng nhỏ thu được khi sử dụng đường ống.

Giải thích sự hình thành các vòng đầu ra, chuyển động quay thường

Cơm. 5.

do ma sát giữa dòng không khí chảy và mép lỗ. Tuy nhiên, phần lớn sự hình thành các cửa thoát khí là do sự tương tác với không khí trong khí quyển. Để minh họa điểm này, tôi đã nghĩ ra một hộp thoát trong đó không có rãnh với mép lỗ hoặc chính xác hơn là được bù bằng cách cân bằng nó trên toàn bộ mặt cắt ngang của tia thoát ra.

Khoảng 200 lỗ có đường kính 1,7 mm được khoan vào đáy hộp thiếc hình trụ (Hình 5). Nếu hộp chứa đầy khói và có luồng không khí mạnh thoát ra, vòng thoát màu đỏ sẽ tách ra khỏi bề mặt và cháy trên sàng. Bạn có thể chỉ cần che đầu ống giấy bằng một mảnh vải lanh căng thật chặt và thổi một vòng khói qua đó.

Khi làm thí nghiệm với một chiếc hộp có hai lỗ tròn, tôi quan sát thấy sự hợp nhất của hai vòng chuyển động cạnh nhau thành một vòng lớn. Nếu các vòng xoay với tốc độ cao, chúng sẽ nảy ra khỏi nhau, nhưng nếu các vòng quay chậm, chúng sẽ kết nối với nhau. Tại thời điểm kết nối, hình thức mới nổi không ổn định. Các vòng được kết nối đột ngột thay đổi vị trí nằm ngang sang vị trí thẳng đứng nhanh đến mức khó nhận thấy, sau đó từ từ mất đi hình dạng của vòng. Điều tương tự có thể được chứng minh bằng cách sử dụng hai ống giấy, giữ chúng ở các góc khác nhau của miệng và gần như song song với nhau. Trong mọi trường hợp, không khí trong phòng gần như bất động.

Stramy được xuất bản trên tạp chí “Nature” vào năm 1901. Ấn phẩm này được biên soạn bởi L. A. Savina