Πάντα να ξαναρχίζεις ...

Τετάρτη, 20 Νοεμβρίου 2013

Γιατι το νερο γυριζει δεξιοστροφα

Υπάρχει η αντίληψη ότι είναι σταθερή η κατεύθυνση της δίνης του νερού στο νεροχύτη.

Και μάλιστα ότι η κατεύθυνση αυτή είναι αντίθετη στο βόριο από το νότιο ημισφαίριο.

Ισχύει αυτό? Ας δούμε τι λέει η επιστήμη.

Η Γη είναι μία κλασική περίπτωση «περιστρεφόμενου πλαισίου αναφοράς» (rotating frame of reference) κι επειδή περιστρέφεται με σταθερή ταχύτητα, εμφανίζει τις εξής δύο φανταστικές δυνάμεις (fictitious forces):
1) Φυγόκεντρο δύναμη.

2) Τη δύναμη Coriolis.

Εξ αιτίας της δύναμης Coriolis, οι άνεμοι και τα ρεύματα, αντί να κινούνται σε ευθεία από σημεία με υψηλή πίεση προς σημεία με χαμηλή πίεση, τείνουν να κινούνται προς τα δεξιά αυτής της κατεύθυνσης, όταν βρίσκονται στο βόρειο ημισφαίριο. Αντίστοιχα τείνουν να κινούνται προς τα αριστερά στο νότιο ημισφαίριο.

Ο αριθμός του Rossby

Ο Αριθμός Rossby καθορίζει την επίδραση της δύναμης Coriolis. Αν ο Rossby είναι μικρός, τότε η δύναμη Coriolis παίζει σημαντικό ρόλο. Αντίθετα ένας μεγάλος αριθμός Rossby σημαίνει ότι η δύναμη Coriolis είναι αμελητέα και το σύστημα επηρεάζεται περισσότερο από τη φυγόκεντρο δύναμη.

Η εξίσωση είναι:

R=U/fL
U : Ταχύτητα του αντικειμένου.
L : Διάστημα που διανύει
f : παράμετρος Coriolis

Άρα λοιπόν, όταν πετάμε μία πέτρα η δύναμη Coriolis είναι αμελητέα (το L είναι πολύ μικρό), ενώ σε έναν διηπειρωτικό πύραυλο επηρεάζει αρκετά την πορεία του (το L είναι πολύ μεγάλο).

Κυκλώνες

Οι κυκλώνες δημιουργούνται από μεγάλες μάζες αέρα που από τη γύρω περιοχή πάνε να γεμίσουνε ένα χαμηλό βαρομετρικό (χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση). Στην περίπτωση αυτή ο αριθμός Rossby είναι μικρός, άρα η δύναμη Coriolis είναι μεγάλη και δημιουργεί κυκλική κίνηση.

Στο βόρειο ημισφαίριο η δύναμη Coriolis είναι πάντα προς τα δεξιά της κίνησης. Έτσι λοιπόν στα χαμηλά βαρομετρικά σχηματίζονται οι ακόλουθες δυνάμεις (με κόκκινο η δύναμη Coriolis, με μπλε η δύναμη λόγω διαφοράς ατμοσφαιρικής πίεσης):

Το αποτέλεσμα είναι ότι οι κυκλώνες είναι αριστερόστροφοι στο βόρειο ημισφαίριο και δεξιόστροφοι στο νότιο.

Η δίνη του νερού στο νεροχύτη

Για να εξετάσουμε τη δίνη του νερού στο νεροχύτη, εξετάζουμε πρώτα τον αριθμό Rossby. Αν υποθέσουμε ότι το L=1m και το U=60cm/s, τότε Rossby=6000. Αυτό είναι πολύ υψηλό νούμερο και δείχνει ότι στην περίπτωση αυτή η δύναμη Coriolis είναι αμελητέα. Η κίνηση του νερού λοιπόν εξαρτάται από τη γεωμετρία (ή και τα σκουπιδάκια) του νεροχύτη και την αρχική κίνηση του νερού που πέφτει από τη βρύση.

Ο νεροχύτης όμως είναι μία μικρογραφία ενός συστήματος χαμηλής πίεσης. Σε ιδανικές συνθήκες θα ίσχυε ότι και για τους κυκλώνες. Αυτό έχει αποδειχτεί και πειραματικά από τον Ascher Shapiro το 1962.

Δεν υπάρχουν σχόλια :

Δημοσίευση σχολίου

Facebook