Πώς και γιατί δημιουργούνται οι δακτύλιοι Vortex;

Οι δακτύλιοι δίνης είναι δίνες που σχηματίζονται σε ένα ρευστό ή αέριο, συχνά όταν η ταχύτητα ενός υγρού/αερίου αλλάζει γρήγορα ή όταν ένα υγρό ή αέριο διαφορετικής σύνθεσης ή ταχύτητας εγχέεται σε ένα δεύτερο υγρό ή αέριο. Η δυναμική των ρευστών, οι δυνάμεις άνωσης, η τριβή, η οπισθέλκουσα και διάφοροι άλλοι παράγοντες παίζουν στο σχηματισμό και τη διατήρηση των δακτυλίων στροβιλισμού τόσο υποβρύχια όσο και στον αέρα.

Εάν έχετε καθίσει ποτέ για ένα χαλαρωτικό απόγευμα σε ένα μπαρ με ναργιλέ, πιθανότατα έχετε δει κάποιον να επιδεικνύει τις ικανότητές του στο να φυσάει κρίκους καπνού. Είναι σαγηνευτικά, γιατί παρόλο που είναι κατασκευασμένα από ένα αέριο, το οποίο γνωρίζουμε ότι (γενικά) θα κατανεμηθεί ομοιόμορφα μέσα στο δοχείο του, αυτοί οι δεξιοί δακτύλιοι φαίνονται να στροβιλίζονται και να χορεύουν στη θέση τους, αρνούμενοι να σπάσουν ή να ξεθωριάσουν. Μερικοί άνθρωποι μπορούν ακόμη και να κάνουν κόλπα, φυσώντας δεκάδες δαχτυλίδια ή περνώντας μικροσκοπικούς περιστρεφόμενους δακτυλίους αερίου μέσα από μεγαλύτερους.

Οι άνθρωποι δεν είναι τα μόνα πλάσματα που γοητεύονται με τέτοια δαχτυλίδια. Διάφορα θαλάσσια πλάσματα μπορούν να δημιουργήσουν τέτοιους δακτυλίους υποβρύχια, τόσο με αέρα όσο και με νερό που κινείται γρήγορα. Στην πραγματικότητα, τέτοιοι δακτύλιοι—ονομάζονται δαχτυλίδια στροβιλισμού —μπορεί να κατασκευαστεί σε πολλά απροσδόκητα μέρη, και εξακολουθεί να κρύβει μερικά μυστήρια για να αποκαλύψουν οι ερευνητές.

Δαχτυλίδι Vortex (Φωτογραφία :mutus/Shutterstock)

Πώς σχηματίζονται οι δακτύλιοι Vortex;

Πιο τυπικά γνωστός ως σπειροειδής δίνη, ο δακτύλιος δίνης είναι μια δίνη ενός ρευστού ή αερίου που σχηματίζεται γύρω από μια νοητή γραμμή άξονα με τη μορφή κλειστού βρόχου. Βασικά, μοιάζει με δακτύλιο νερού ή αέρα, που περιστρέφεται σφιχτά γύρω από τον εαυτό του και διατηρεί προσωρινά το σχήμα και τη μορφή του. Μερικοί δακτύλιοι στροβιλισμού μπορούν να διατηρήσουν το σχήμα τους για εντυπωσιακά μεγάλες αποστάσεις μέσω του νερού και του αέρα, υπό την προϋπόθεση ότι δεν διαταράσσονται.

Αυτοί οι τύποι δίνων σχηματίζονται πολύ συχνά σε τυρβώδες νερό, όπου η ταχύτητα και η κατεύθυνση του νερού ποικίλλει σε διαφορετικούς θύλακες και περιοχές, αλλά σε τέτοιες ασταθείς συνθήκες, είναι δύσκολο να παρατηρηθούν. Ωστόσο, μπορείτε να τα δείτε αρκετά καθαρά σε άλλες μορφές, όπως να σηκώνονται από μια αναμμένη καπνοδόχο, γύρω από ένα ηφαίστειο που εκρήγνυται, μπροστά από ένα όπλο πυροβολικού που μόλις εκτοξεύτηκε, στην έκρηξη μιας ατομικής βόμβας ή ακόμα και να αναδύονται από τη δική σας στόμα σε ένα μπαρ με ναργιλέ!

Ανεμοστρόβιλος Vortex (Φωτογραφία:Tori Art/Shutterstock)

Η επιστήμη πίσω από τους σπειροειδείς δακτυλίους είναι αρκετά απλή στο πιο θεμελιώδες επίπεδό της. Καθώς ένα συγκεκριμένο ρευστό ή αέριο που κινείται με μια συγκεκριμένη ταχύτητα εισέρχεται σε μια περιοχή όπου ένα άλλο ρευστό ή αέριο κινείται με διαφορετική ταχύτητα, μπορεί να σχηματιστεί ένας δακτύλιος. Στο όριο αλληλεπίδρασης αυτών των δύο ουσιών, τα σωματίδια του υγρού κινούνται σε κυκλικό σχέδιο γύρω από τον πυρήνα του δακτυλίου. Οι εσωτερικές άκρες του δακτυλίου κινούνται γρηγορότερα από τις εξωτερικές άκρες, και ως εκ τούτου διπλώνουν προς τα πίσω. Αυτά τα εσωτερικά σωματίδια ρευστού περιστρέφονται γύρω από το εξωτερικό άκρο του δακτυλίου και αρχίζουν να επιβραδύνουν και να συγκεντρώνονται, αλλά στη συνέχεια έλκονται πίσω γύρω από τον περιστρεφόμενο πυρήνα. καθώς πιάνονται στον απόηχο του εσωτερικού τμήματος, που κινείται πιο γρήγορα!

Αυτοί οι οπτικά συναρπαστικοί τύποι δακτυλίων μπορούν να προκληθούν από πολλά πράγματα, όπως η πτώση μιας μάζας σε ένα υγρό. Στον απόηχο της κατερχόμενης μάζας, συχνά σχηματίζεται ένας δακτύλιος νερού. φανταστείτε μια σφαίρα να εκτοξεύεται μέσα στο νερό στις ταινίες! Μέρος της μακράς υδαρής αφύπνισης από την ταχέως κινούμενη σφαίρα θα σχηματιστεί σε δακτυλίους στροβιλισμού πίσω της, με τις εσωτερικές άκρες του δακτυλίου να κινούνται ταχύτερα από τις εξωτερικές άκρες, διαιωνίζοντας μέσα στο νερό.

Οι δακτύλιοι καπνού είναι η πιο εύκολη μορφή δακτυλίων στροβιλισμού για να παρατηρήσετε, και παρόλο που δεν ενθαρρύνουμε τη χρήση καπνού στους αναγνώστες μας, είναι πολύ όμορφο να το βλέπουμε όταν γίνεται καλά. Όταν εξαναγκάζετε μια μεγάλη μάζα υγρού (καπνού) από ένα στενό άνοιγμα (το στόμα), ο καπνός θα αλληλεπιδράσει με τις άκρες του ανοίγματος και θα αρχίσει να ρέει πίσω στον εαυτό του όταν συναντήσει τον μη κινούμενο αέρα έξω από το άνοιγμα. Οι εσωτερικές άκρες του δακτυλίου καπνού θα κινούνται γρήγορα, τυλίγοντας πίσω γύρω από τον πυρήνα και κρατώντας το σχήμα του δακτυλίου καθώς κινείται προς τα εμπρός στον αέρα. Αυτοί οι δακτύλιοι καπνού θα διευρυνθούν αργά και θα χάσουν την ταχύτητα τους καθώς περισσότερα από τα σωματίδια του υγρού διαταράσσονται και αποσπώνται από τη σπειροειδή κίνηση.

Δαχτυλίδια Vortex Υποβρύχια

Η δημιουργία ενός δακτυλίου δίνης, όπως το περιγράψαμε, ακούγεται σαν κάτι εγγενώς κατασκευασμένο από τον άνθρωπο, αλλά η γνώση αυτών των δακτυλίων επεκτείνεται στο ζωικό βασίλειο, συμπεριλαμβανομένων των κητοειδών, συγκεκριμένα των δελφινιών, των φαλαινών μπελούγκα και των φαλαινών. Έχουν γίνει αμέτρητες παρατηρήσεις και σκόπιμες μελέτες για αυτά τα πλάσματα, επειδή συχνά δημιουργούν, χειραγωγούν, παίζουν με και χρησιμοποιούν δακτυλίους δίνης κάτω από το νερό.

Όταν ένα δελφίνι κουνάει το άκρο της ουράς του ή κινεί γρήγορα το κεφάλι του, η μετατόπιση της ταχύτητας του περιβάλλοντος νερού είναι συχνά αρκετή για να σχηματιστεί ένας δακτύλιος στροβιλισμού από νερό. Ενώ αυτό θα ήταν αόρατο - καθώς είναι απλώς το νερό που περιστρέφεται γρήγορα σε άλλο νερό - αυτά τα πλάσματα στη συνέχεια φυσούν φυσαλίδες, οι οποίες παγιδεύονται στον στροβιλισμό του δακτυλίου. Ίσως δεν υπάρχει πιο ξεκάθαρη απόδειξη ότι τα δελφίνια ξέρουν πώς να παίζουν και μετά βλέποντάς τα να δημιουργούν δακτυλίους δίνης, να τους εμποτίζουν με νερό και μετά να τρέχουν γύρω-γύρω, μοιάζοντας να παίζουν με τις δικές τους δημιουργίες.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, αυτοί οι δακτύλιοι μπορούν συχνά να διαιωνίζονται για κάποιο χρονικό διάστημα, επιτρέποντας σε αυτά τα πλάσματα να παίζουν μαζί τους, να τα κινούν χτυπώντας την ουρά τους, φυσώντας άλλα δαχτυλίδια, κόβοντάς τα στη μέση ή ακόμα και περνώντας τα. Αυτή η τελική πράξη δαγκώματος, όταν ένα παιχνιδιάρικο θαλάσσιο πλάσμα έχει προφανώς «τελειώσει» με το παιχνίδι, θα κάνει το δαχτυλίδι να διαλυθεί σε κανονικές φυσαλίδες αέρα που επιπλέουν στην επιφάνεια.

Είναι αρκετά ενδιαφέρον ότι οι δακτύλιοι στροβιλισμού είναι ιδιαίτερα σταθεροί στο νερό επειδή το ταχέως κινούμενο υγρό έχει χαμηλότερη πίεση, επομένως το ακίνητο/αργότερο νερό που τον περιβάλλει θα έχει υψηλότερη πίεση, σταθεροποιώντας έτσι τον δακτύλιο και διατηρώντας τον σε ένα κομμάτι, από μόνο του. Αυτό παρέχει ακόμα περισσότερο χρόνο στα ζώα για να παίξουν και να κάνουν ελιγμούς με αυτές τις φυσαλίδες χωρίς να διαχέονται, όπως συχνά παρατηρείται στους δακτυλίους αερίων ή καπνού.

Τα ζώα δεν είναι τα μόνα πράγματα που δημιουργούν δακτυλίους δίνης κάτω από το νερό. Οι προπέλες και οι αυτοδύτες είναι συχνά οι ένοχοι. Οι έλικες αλλάζουν γρήγορα την ταχύτητα του νερού και οι αυτοδύτες περιστασιακά απελευθερώνουν γρήγορες αποβολές αερίου από τις μάσκες τους. Και τα δύο αυτά σενάρια είναι ιδανικές ρυθμίσεις για το σχηματισμό αυτών των συναρπαστικών δακτυλίων!

Μια τελευταία λέξη

Εάν νιώθετε τόλμη, την επόμενη φορά που θα είστε κάτω από το νερό, δοκιμάστε να φυσήξετε μια γρήγορη έκρηξη αέρα από το στόμα σας. Εάν το κάνετε σωστά, ίσως μπορέσετε να δημιουργήσετε έναν δικό σας δακτύλιο δίνης. Για όσους συμμετέχουν περιστασιακά το βράδυ σε ένα μπαρ με ναργιλέ, δουλέψτε πάνω στις δεξιότητές σας στο φουσκωτό δαχτυλίδι καπνού και στη συνέχεια εξηγήστε την επιστήμη πίσω από αυτές στους φίλους σας. Θυμηθείτε ότι η ταχεία κίνηση ενός ρευστού ή αερίου μέσω ενός άλλου ρευστού ή αερίου διαφορετικής πυκνότητας, πίεσης ή ταχύτητας έχει τη δυνατότητα να σχηματίσει έναν δακτύλιο δίνης λόγω ενός συνδυασμού δυναμικών δυνάμεων.