Anell de vórtice
Un anell de vórtice, també cridat anell vorticial o vórtice toroidal, és un vórtice en forma de bou que es forma en un líquit o en un gas. És una regió a on el decorregut gira principalment al voltant d'una llínea d'eix imaginària que forma un circuit tancat. Es diu que el fluix dominant en un anell vorticial és toroidal, i més precisament poloidal.
Els anells vorticiales abunden en els fluix turbulentos de líquits i gasos, pero rara volta es fan visibles a simple vista, a menos que el moviment del decorregut siga revelat per partícules suspeses, com en els anells de fum que a sovint són produïts intencionalment o accidentalment pels fumadors. Els anells de vórtice ardent també són un truc comunament produït pels tragafuegos. Anells de vórtice visibles també es poden formar en els dispars d'alguns tipos d'artilleria, en núvols de fongo i en els fenomens atmosfèrics coneguts com microrreventones.[1][2]
Un anell de vórtice generalment tendix a moure's en una direcció que és perpendicular al pla de l'anell i de tal manera que la vora interna de l'anell es mou més ràpit cap a avant que la vora externa. Dins d'un cos estacionario de decorregut, un anell de vórtice pot viajar per una distància relativament llarga, duent el decorregut giratori en ell.
Estructura
En un anell de vórtice típic, les partícules de decorregut es mouen en camins aproximadament circulares al voltant d'un círcul imaginari (el núcleu) que és perpendicular a eixos camins. Com en qualsevol vórtice, la velocitat del decorregut és aproximadament constant, llevat prop del núcleu, de modo que la velocitat angular aumenta cap al núcleu, i la major part de la vorticidad (i per lo tant, la major part del malbarat d'energia) es concentra prop d'ell.
A diferència d'una ona marina, el moviment de la qual solament és aparent, un anell de vórtice en moviment transporta el decorregut giratori. De la mateixa manera que una roda giratòria disminuïx la fricció entre un automòvil i el sol, el fluix poloidal del vórtice disminuïx la fricció entre el núcleu i el decorregut estacionario circumdant, lo que li permet recórrer una gran distància en una pèrdua relativament chicoteta de massa i energia cinètica, i un chicotet canvi en tamany o forma. Per lo tant, un anell de vórtice pot dur la massa molt més llunt i en menys dispersió que una chorrada de decorregut. Això explica, per eixemple, per qué un anell de fum seguix viajant molt despuix de que s'haja detingut i s'haja dispersat qualsevol fum extra que ho acompanyara.[3] Estes propietats dels anells de vórtice s'exploten en les armes d'anell de vórtice utilisades per al control de disturbis i els joguets d'anell de vórtice, com els canons de vórtices d'aire.[4]
Formació
Una manera de formar un anell de vórtice és injectant una massa compacta de decorregut en moviment ràpit (A) en una massa de decorregut estacionario (B) (que pot ser el mateix decorregut). La fricció viscosa en el contacte entre els dos decorreguts ralentisa les capes externes de A en relació en el seu núcleu. Eixes capes externes després s'esgolen al voltant de la massa A i s'acumulen en la part posterior, a on tornen a entrar en la massa a raïl de la part interna que es mou més ràpit. El resultat net és un fluix poloidal en A que evoluciona en un anell de vórtice.
Este mecanisme es veu comunament, per eixemple, quan una gota de líquit coloreat cau en una tassa d'aigua. També es veu a sovint en el vora d'atac d'un penacho o chorrada de decorregut quan entra en una massa estacionaria; de manera que el cap en forma de fongo ("penacho inicial") que es desenrolla en la punta de la chorrada té una estructura d'anell de vórtice.
Una variant d'este procés pot ocórrer quan una chorrada dins d'un decorregut colpeja una superfície plana, com en un micro esclat atmosfèric. En este cas, el gir poloidal de l'anell de vórtice es deu a una fricció viscosa entre la capa de fluix ràpit cap a fòra prop de la superfície i el decorregut que es mou més llentament per damunt.
També es forma un anell de vórtice quan s'espenta bruscament una massa de decorregut des d'un espai tancat a través d'una obertura estreta. En este cas, el fluix poloidal es posa en moviment, a lo manco en part, per interacció entre les parts externes de la massa de decorregut i les vores de l'obertura. Aixina és com un fumador expulsa els anells de fum de la boca, i cóm funciona la majoria dels joguets en anells de vórtice.
Els anells de vórtice també es poden formar a partir d'un objecte sòlit que cau o es mou a través d'un decorregut a una velocitat suficient. També poden formar-se davant d'un objecte que invertix abruptament el seu moviment en un decorregut, com quan es produïxen anells de fum en sacsar una vareta d'incens. Un anell de vórtice també pot ser creat per una hèliç giratòria, com en una licuadora.
Vore també
- Canó de vórtice d'aire
- Anelle de bombeta - anell de vórtice submarí
- Núvol en forma de fongo
- Moment toroidal
- Arma d'anell de vórtice
- Joguet d'anell de vórtice
Referències
- ↑ «The Microburst as a Vortex Ring». Forecast Research Branch. NASA. Archivat des d'el original, el 18 de juliol de 2011. Consultat el 10 de giner de 2010.
- ↑ Chambers, Joseph R. (Jan 1, 2003). «Wind Shear», Concept to Reality: Contributions of the Langley Research Center to US Civil Aircraft of the 1990s, NASA, pp. 185–198.
- ↑ Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «Citas».
- ↑ Physics in a Toroidal Vortex: Air Cannon Physics Central, American Physical Society. Accessed January 2011.
Referències
- Este artícul conté una traducció derivada de «Anillo de vórtice» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.