Về vòng xoáy

17

Về cọc xoáy

Làm thế nào bạn có thể có được bánh xe xoáy nước và không khí trong điều kiện phòng thí nghiệm? Họ có những đặc tính gì? Các vòng có thể tương tác với các prerad và với nhau không? Đối với những câu hỏi này và nhiều câu hỏi tương tự khác, bạn sẽ nhận được đáp số, hãy xem qua bài viết được đề xuất.

Các tác giả của bài báo khi còn là học sinh đã phát hiện ra nhiều tác dụng và đặc điểm hành vi thú vị của các vòng xoáy. Họ quản lý để giải thích hầu hết mọi thứ một cách định tính.

Sự hình thành các vòng xoáy

Để thu được các xoáy trong không khí trong điều kiện rôto LAB, chúng tôi đã sử dụng thiết bị Theta (Hình 1). Nó là một hình trụ, một đầu (màng) được phủ một số vật liệu đàn hồi (ví dụ: da) và đầu kia có một lỗ tròn (màng).

Bên trong hình trụ có hai bình: một bình chứa axit clohydric (HCl), bình kia chứa amoniac (NH₄OH). Kết quả là trong xi lanh

sương mù dày đặc (khói) được hình thành từ các hạt amoni clorua (amoniac NH₄Cl).

Bằng cách chạm vào màng, chúng tôi truyền tốc độ cho neoctor áp dụng từ khói vào màng. Khi chuyển động, lớp này sẽ gây ra sự nén chặt của lớp bên cạnh, lớp tiếp theo, v.v. Khi vòng đệm chạm tới màng ngăn, khói sẽ thoát ra khỏi lỗ, làm chuyển động không khí đã xả trước đó và do ma sát ma sát, bản thân nó sẽ quay thành vòng khói.

Có lẽ sự hóa rắn của tầng đóng vai trò chính trong việc hình thành các vòng xoáy? Hãy kiểm tra xem nó ra. Thay vì màng chắn thông thường, chúng tôi sẽ đặt nó vào bộ máy Teta, quyết định như vậy. Nếu giả thuyết của chúng ta đúng thì sẽ có nhiều vòng nhỏ. Tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy điều này không phải vậy - một vòng xoáy lớn được hình thành (Hình 2).

Điều rất quan trọng là khói thoát ra khỏi thiết bị theo từng phần riêng biệt và không thành dòng liên tục. Nếu màng được thay thế bằng piston và khuấy, một dòng khói liên tục sẽ xuất hiện từ lỗ cùng với các vòng.

Các xoáy trong nước có thể thu được bằng pipet và mực thông thường. Sau khi thu thập mực vào pipet, bạn cần thả mực từ độ cao 2-3 cm vào bể cá có nước lắng tốt (trong đó không có dòng đối lưu). Trong nước ngẫu nhiên có các vòng mực lắng tốt (Hình 3).

Bạn có thể làm hơi khác một chút: thả một dòng mực từ pipet trực tiếp vào nước (Hình 4). Trong trường hợp này, các vòng xoáy có kích thước lớn hơn một chút.

Hình 1. Hình 2

2 «Kvant» № 11

18

Bản chất của sự hình thành các vòng xoáy trong nước cũng giống như trong nước; Tính chất của mực trong nước cũng tương tự như tính chất của khói trong nước. Trong cả hai trường hợp, lực ma sát nhớt đóng vai trò chính. (Đúng, các thí nghiệm cho thấy rằng sự tương tự hoàn toàn chỉ xảy ra ở thời điểm đầu tiên sau khi hình thành các xoáy. Sau đó, hành vi của các xoáy trong nước và nước-không khí hóa ra là khác nhau.)

Chuyển động của môi trường xung quanh vòng xoáy

Điều gì xảy ra với môi trường sau khi xoáy được hình thành? Các thí nghiệm liên quan đã giúp chúng tôi trả lời câu hỏi này.

Đặt một ngọn nến thắp sáng ở khoảng cách 2-3 m so với thiết bị Theta. Để vòng khói được phóng ra sao cho nó không đâm vào ngọn lửa nến mà đi qua gần đó. Ngọn lửa sẽ tắt hoặc dao động rất mạnh. Điều này cho thấy rằng không chỉ phần nhìn thấy được của chiếc nhẫn cũng chuyển động mà cả lớp không khí gần đó cũng chuyển động.

Họ di chuyển bằng cách nào? Chúng ta hãy lấy hai giá ba chân, làm ẩm một cái bằng axit clohydric, cái còn lại bằng amoniac và treo chúng ở khoảng cách xa

Hình 3.

Hình 4.

Hình 5.

18

20

đo độ giãn nở của toàn bộ vòng ngoài.

Nếu mặt phẳng nghiêng một góc nhất định so với vị trí ban đầu, dòng xoáy va vào mặt phẳng sẽ đẩy ra xa nó (Hình 8). Thực tế này có thể được giải thích bằng sự xuất hiện của một vùng áp suất tăng lên trong không gian giữa vòng và mặt phẳng.

Tương tác của các vòng

Không còn nghi ngờ gì nữa, thú vị nhất là các thí nghiệm nghiên cứu sự tương tác của bánh xe bên ngoài. Chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với các vòng cả trong nước và trong không khí.

Nhỏ một giọt mực từ độ cao 1-2 cm vào bình chứa nước, sau vài giây lại nhỏ một giọt mực khác nhưng từ độ cao 2-3 cm. Hai xoáy được hình thành trong tàu, chuyển động với tốc độ khác nhau: xoáy thứ hai nhanh hơn xoáy thứ nhất ($v_2 > v_1$). Khi các vòng ở cùng độ cao, chúng sẽ bắt đầu tương tác với nhau.

Hóa ra có ba trường hợp có thể xảy ra. Trường hợp thứ nhất là vòng thứ hai đốt cháy vòng thứ nhất mà không chạm vào (Hình 9, a). Điều sau đây xảy ra. Thứ nhất, dòng nước chảy từ cả hai vòng dường như đẩy các vòng ra xa nhau. Thứ hai, người ta phát hiện thấy sự chuyển mực từ vòng thứ nhất sang vòng thứ hai: dòng nước của vòng thứ hai mạnh hơn và chúng mang theo mực theo. Đôi khi một phần mực này đi qua vòng thứ hai, kéo theo sự hình thành một vòng nhỏ mới. Sau đó, những chiếc nhẫn bắt đầu được làm, chúng tôi không thể nhận thấy điều gì thú vị.

Trường hợp thứ 2 là khi vòng 2 cháy, chạm vào vòng 1 (Hình 9, b). Kết quả là dòng chảy mạnh hơn của vòng thứ hai sẽ phá hủy vòng thứ nhất. Theo quy định, các vết mực nhỏ mới được hình thành từ cục mực còn sót lại từ vòng đầu tiên.

Hình 9.