Vírové prstence

20. červenec 2012 | 06.00 |

Vírový prstenec (toroidní vír) je zvláštní třídimenzionální hydrodynamická struktura. Jde o vírovou trubici kruhového tvaru uzavřenou sama do sebe. Vír vzniká při vzájemném pohybu vytlačované tekutiny ze zdrojového kruhového otvoru a okolní klidné tekutiny. Vírové prstence mohou při svém pohybu kapalinou nebo vzduchem urazit velkou vzdálenost s překvapivou razancí při svém dopadu na překážku.  Mimořádné a krásné příklady toroidních vírů vytvářejí delfíni, belugy či keporkakové pro svou zábavu vyfukováním vzduchu z nosní dutiny. Medúzy, sépie a chobotnice využívají vírové prstence k svému pohybu ve vodě.  Ve vzduchu vytváří vírové prstence například kolibřík. Setkáváme se s nimi při dopadu kapek na vodní hladinu, při vyfukování kouře, u sopečné činnosti nebo dokonce při výbuchu jaderných bomb.

Vírové prstence odedávna pro svou zvláštnost přitahovaly pozornost vědců. Mezi prvními je začali studovat Kelvin a Helmholtz. Kelvin přispěl svým cirkulačním teorémem a Hermann von Helmholtz na základě analogie s elektrodynamikou publikoval v roce 1858 teorémy o vířivém pohybu v neviskózní tekutině:
- vírová trubice nemůže končit v žádném bodě uvnitř tekutiny. Musí tvořit uzavřenou smyčku nebo končit na ploše ohraničující tekutinu.
- cirkulace podél vírové trubice zůstává konstantní
- vírové čáry se pohybují společně s tekutinou.
- cirkulace kolem vírové trubice zůstává v čase konstantní.

Na vyústění trubice do klidné okolní tekutiny se v mezní vrstvě na vnitřním povrchu trubice vytváří vířivost, která se pak v místě vyústění zabaluje a zformuje vírový kroužek. Rychlostní pole indukované vírovým prstencem pak na hraně vytváří druhý vírový kroužek s vířivostí opačného smyslu.

Je-li prstenec vzdálen od místa svého vzniku, pohybuje se přibližně konstantní rychlostí. Pohyb prstence je tlumený kvůli difuzi vířivosti z vírové trubice do okolní tekutiny. Vírové trubice se při svém pohybu mohou spojovat do dvou prstenců, odrážet se od vodní hladiny či se opětovně zformuje po drobném narušení jeho struktury. Zajímavou vlastností jsou kmity eliptických prstenců.

V současné době mají vírové prstence rozmanité praktické použití. Používají se k hašení požárů ložisek ropy a zemního plynu, kdy se dokonce pomocí impulzů vzduchu hasí plameny), k cílenému zásahu demonstrantů slzným plynem nebo k řízení torpéd pod vodou. Dále se s vírovými prstenci můžeme setkat při létání, kdy pomocí prstenců nabírají ptáci, ale i bezmotorová letadla svou výšku.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1.2 (5x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře