Οι αναταράξεις δεν υπάρχουν μόνο στη φύση, όπως και να το δεις, αλλά είναι πολύ απαραίτητο σε πολλές περιπτώσεις: να αναμειγνύονται καλύτερα διαφορετικά υγρά (γι' αυτό ανακινούμε τον καφέ και το γάλα για να τα αναμειχθούν) ή για να δημιουργηθεί μεγαλύτερη μεταφορά θερμότητας μεταξύ υγρά (κουνάμε και τον καφέ για να κρυώσει πιο γρήγορα) κ.λπ. Στη μετεωρολογία επίσης υπάρχουν και λέγονται Φον Κάρμαν δίνες.
Σε αυτό το άρθρο θα εξηγήσουμε όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τα ανατρεπόμενα φορτηγά Von Karma, τα χαρακτηριστικά και τη σημασία τους.
Ιδιότητες δίνης Von Karma
Αρχικά, πρέπει να γνωρίζουμε τις ιδιότητες που καθορίζουν ένα ρευστό και τη δυναμική του. Η πυκνότητα, η πίεση ή η θερμοκρασία είναι μεταβλητές που όλοι λίγο πολύ γνωρίζουμε. Με βάση αυτά και τα αποτελέσματά τους, μπορεί να εξηγηθεί οποιαδήποτε κίνηση ή δυναμική ενός ρευστού, όσο περίπλοκη κι αν είναι:
Ασταθής κατάσταση
Φανταστείτε ένα ρεύμα αέρα να χτυπά μια σφαίρα. Εάν η ταχύτητα του αέρα είναι χαμηλή, διαπιστώνουμε ότι ο αέρας κινείται «ομαλά» γύρω και πίσω από την μπάλα. αυτή η πλάτη ονομάζεται επίσης «κατάντη» ή «ουρά» της ροής του νερού.
Σε αυτή την περίπτωση η ροή ονομάζεται στρωτή, δηλαδή: οι δίνες ή γενικά οι στροβιλισμοί δεν εκτιμώνται, η αλήθεια είναι ότι χωρίς αναταράξεις όλα θα ήταν βαρετά, στην πραγματικότητα ακόμη και οι εξισώσεις Navier-Stokes μπορούν Εφαρμογές στην ψυχολογία, έλεγχο πλήθους ή ο σχεδιασμός συστημάτων εκκένωσης πεζών στα γήπεδα κλπ, όλα είναι πιο εύκολα αν δεν υπάρχουν αναταράξεις.
Τώρα ας υποθέσουμε ότι κάθε μόριο αέρα ακολουθεί ένα άλλο μόριο αέρα, και ούτω καθεξής. υπάρχει ένας άπειρος αριθμός μορίων κατά μήκος μιας ομαλής γραμμής. Ας φανταστούμε ότι, για οποιονδήποτε «λόγο», υπάρχει ξαφνικά ένα μόριο που δεν ακολουθεί αυτό το δυναμικό μοτίβο, δηλαδή φεύγει από την «κανονική» τροχιά, αν και πολύ σπάνια. τεχνικά λέγεται ότι συμβαίνει «ασταθής». Αυτή η αστάθεια είναι η αρχή των αναταράξεων; Από εκείνη τη στιγμή, οι αλλαγές στις τροχιές διαδέχονται η μία την άλλη λογικά, αφού το ένα μόριο ωθεί το άλλο να αλλάξει κατεύθυνση κ.ο.κ. «λόγος» εξ αρχής.
Οι μοριακές τροχιές μπορεί να είναι πολύ, πολύ διαφορετικές: πολύ ανεπαίσθητες αλλαγές στη θερμοκρασία, την πίεση ή την πυκνότητα, ακόμη και οι πιο συνηθισμένες άγνωστης προέλευσης
Ανάλογα με τη γεωμετρία ή τη δομή που σχηματίζεται στη συνέχεια, η αστάθεια λαμβάνει τα ακόλουθα ονόματα:
- Αστάθεια Kelvin-Helmholtz: Μπορεί να συμβεί στη ροή μέσα σε ένα συνεχές ρευστό όπως ο αέρας ή το νερό, ή στη διεπιφάνεια δύο ρευστών ή δύο στρωμάτων του ίδιου ρευστού που κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες.
- Αστάθεια Rayleigh-Taylor: Σημαντικό στην «πτώση» (κατάρρευση) ή στην κάθοδο ψυχρού αέρα από την ανώτερη ατμόσφαιρα. Ακόμα και στην «απότομη» άνοδο του ζεστού αέρα.
Ιξώδες
Το ιξώδες είναι πιθανώς γνωστό γιατί όλοι συγκρίνουν το νερό με το μέλι ή τη λάβα, για παράδειγμα, συμπεραίνοντας τι είναι το ιξώδες. Ας φανταστούμε από άλλη οπτική γωνία: Ας υποθέσουμε ότι βρισκόμαστε σε ένα φανάρι με οχήματα μπροστά και πίσω. όταν το φανάρι ανάψει πράσινο, χρειαζόμαστε λίγο χρόνο για να κινηθούμε; τότε: το ιξώδες είναι ο χρόνος αντίδρασης μεταξύ κάθε αμοιβαίου φορέα (1/χρόνος αντίδρασης). Όσο υψηλότερο είναι το ιξώδες, τόσο μικρότερος είναι ο χρόνος αντίδρασης. δηλαδή όλα τα υγρά τείνουν να κινούνται ομόφωνα ή μαζί.
Το ιξώδες θεωρείται συχνά ως η δύναμη τριβής μεταξύ μορίων σε ένα ρευστό. Όσο μεγαλύτερη είναι η τριβή, τόσο μεγαλύτερο είναι το ιξώδες. Μεταξύ άλλων, αυτή η δύναμη είναι ο λόγος για την ύπαρξη του οριακού στρώματος: όσο πιο κοντά βρίσκεται ο αέρας στην επιφάνεια, τόσο μικρότερη είναι η ταχύτητά του (στην παρακάτω εικόνα, το κοντό βέλος δείχνει την πιο αργή ταχύτητα).
Για παράδειγμα, τα αλεξίπτωτα πλαγιάς και ακόμη και οι πιλότοι αεροπλάνων γνωρίζουν ότι όταν ο άνεμος φυσάει (επικίνδυνα) δυνατός, μπορούν να κατέβουν, γιατί το να είναι «ξεπλυμένοι» με τα δέντρα μειώνει σημαντικά τη δύναμή τους.
Συνεχίζοντας με το παράδειγμα μπάλας που αναφέραμε προηγουμένως, για παράδειγμα, εάν η ροή αέρα πάνω από το φτερό είναι εντελώς στρωτή και δεν υπάρχει οριακό στρώμα (το οποίο ήδη γνωρίζουμε ότι είναι το ίδιο με το να λέμε όχι ιξώδες), δεν υπάρχει διαφορά. πίεση μεταξύ της κορυφής και το κάτω μέρος της πτέρυγας, οπότε δεν υπάρχει ανύψωση. το αεροπλάνο δεν μπορεί να πετάξει. είναι τόσο εύκολο. Το να πετάξεις είναι εντελώς αδύνατο, αλλά ευτυχώς το κολλητικό είναι πάντα εκεί. Επίσης, χωρίς ιξώδες, δεν θα προκαλούσαν αναταράξεις παρά την αστάθεια.
Συσσωμάτωση ύλης με χαμηλή πίεση
Όταν ένα σωματίδιο (όπως ένα μόριο αέρα) βρίσκεται σε χαμηλή πίεση, το έλκει με μια επιτάχυνση που δίνεται από τη μεταβολή της πίεσης διαιρούμενη με την πυκνότητα. Με την υψηλή πίεση συμβαίνει το αντίθετο, απωθεί ή σπρώχνει.
Στη μετεωρολογία, περιοχές υψηλής πίεσης ονομάζονται αντικυκλώνες, ενώ κυκλώνες ή καταιγίδες (εξωτροπικοί κυκλώνες μόνο σε ειδικές περιπτώσεις) Ονομάζονται ζώνες χαμηλής πίεσης.. Όλος ο αέρας στην ατμόσφαιρα ή όλο το νερό στους ωκεανούς της Γης κινείται εξαιτίας αυτών των διαφορών πίεσης. Η πίεση είναι η μητέρα όλων των ιδιοτήτων. Στην πραγματικότητα, πολλές άλλες μεταβλητές επηρεάζουν τις αλλαγές πίεσης: πυκνότητα, θερμοκρασία, ιξώδες, βαρύτητα, δυνάμεις Coriolis, διάφορες αδράνειες κ.λπ. Στην πραγματικότητα, όταν ένα μόριο αέρα κινείται, το κάνει επειδή το μόριο που προηγείται έχει αφήσει μια περιοχή χαμηλής πίεσης, η περιοχή τείνει να γεμίσει αμέσως
Έχουμε δει αιτίες ή αστάθειες που προκύπτουν σε μέσα όπως η ατμόσφαιρα ή ο ωκεανός, σχηματίζοντας ορισμένες γεωμετρίες, μία από αυτές - το θέμα αυτής της εργασίας - είναι οι λεγόμενες δίνες Von Karman. Τώρα, μόλις κατανοήσουμε τις αιτίες και τις μεταβλητές που παρεμβαίνουν σε όλη τη δυναμική οποιουδήποτε ρευστού, είμαστε έτοιμοι να μάθουμε για αυτήν την πολύ συγκεκριμένη γεωμετρία.
Όταν η ροή του αέρα κυκλοφορεί γύρω από οποιοδήποτε γεωμετρία, εξελίσσεται γύρω της, οδηγώντας σε αστάθεια, όπως έχουμε ήδη δει, σχηματίζοντας αναταράξεις. Αυτές οι αναταράξεις έχουν πρακτικά άπειρους τύπους και μορφές. Τα περισσότερα από αυτά δεν είναι περιοδικά. δηλαδή δεν επαναλαμβάνονται χρονικά. ή χώρο, αλλά κάποιοι το κάνουν. Αυτή είναι η περίπτωση των προαναφερθέντων δίνων Von Karman.
Σχηματίζονται κάτω από πολύ συγκεκριμένες συνθήκες ταχύτητας αέρα και ορισμένες διαστάσεις του αντικειμένου που λειτουργούν ως εμπόδιο.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τις δίνες Von Karman, τα χαρακτηριστικά και τη σημασία τους στη μετεωρολογία.