渦輪は、多くの場合、流体/気体の速度が急速に変化するとき、または異なる構成または速度の流体または気体が 2 番目の流体または気体に注入されるときに、流体または気体内に形成される渦です。流体力学、浮力、摩擦、抗力、およびその他のさまざまな要因が、水中と空中の渦輪の形成と維持に影響を与えます。
水ギセルバーでリラックスした午後を過ごしたことがあるなら、誰かがスモークリングを吹くスキルを披露しているのを見たことがあるでしょう。なぜなら、ガスはコンテナ内で（一般的に）均等に分布することがわかっているにもかかわらず、これらの右のリングはその場で渦を巻いて踊るように見え、バラバラになったり消えたりすることを拒否するからです。何十もの輪を吹き飛ばしたり、小さな回転するガスの輪を大きな輪に通したりするトリックを行う人もいます.
このような指輪に魅了される生き物は人間だけではありません。さまざまな海洋生物が、空気と動きの速い水の両方で、水中でこのようなリングを作成できます。実際、そのような輪は渦輪と呼ばれます —多くの予想外の場所で作られる可能性があり、研究者が明らかにする謎がいくつか残っています.
渦輪 (写真提供:mutus/Shutterstock)
渦輪はどのように形成されるのですか?
より正式にはトロイダル渦として知られている渦輪は、閉ループの形で架空の軸線の周りに形成される流体または気体の渦です。基本的に、それは水または空気のリングのように見え、それ自体の周りをしっかりと回転し、一時的にその形状と形状を維持します.一部の渦輪は、邪魔されなければ、水中や空気中を驚くほど長い距離にわたって形状を維持できます。
これらのタイプの渦は乱流水で非常に頻繁に形成され、水の速度と方向がさまざまなポケットや領域で変化しますが、そのような不安定な状態では観察が困難です.ただし、火のついたタバコのパイプから上昇する、噴火する火山の周り、発射されたばかりの大砲の前、原子爆弾の爆発、または自分自身から出現するなど、他の形でそれらをかなりはっきりと見ることができます。水ギセル バーで口!
渦竜巻 (写真提供:Tori Art/Shutterstock)
トロイダル リングの背後にある科学は、最も基本的なレベルでは非常に単純です。特定の速度で移動する特定の流体または気体が、別の流体または気体が異なる速度で移動する領域に入ると、リングが形成されます。これら 2 つの物質の相互作用の境界では、流体粒子がリングのコアの周りを円形に移動します。リングの内側のエッジは、外側のエッジよりも速く動いているため、内側に折りたたまれます。これらの内側の流体粒子は、リングの外縁に向かって回転し、減速して集まり始めますが、回転するコアの周りに引き戻されます.高速で移動する内側のセクションの航跡に巻き込まれるため!
これらの視覚的に魅力的なタイプのリングは、液体に質量を落とすなど、さまざまな原因で発生する可能性があります。下降する質量の後に、水の輪が形成されることがよくあります。映画で弾丸が水を突き抜けて発射されることを想像してみてください。急速に移動する弾丸からの長い水状の後流の一部は、その背後で渦輪を形成し、輪の内側の端が外側の端よりも速く移動し、水中で持続します.
煙の輪は観察するのが最も簡単な形の渦輪であり、読者にタバコの使用を勧めることはありませんが、うまくやったときに目撃するのはかなり美しいものです.狭い開口部 (口) から大量の流体 (煙) を押し出すと、煙は開口部の端と相互作用し、開口部の外で動かない空気に遭遇すると、煙が逆流し始めます。スモーク リングの内側のエッジは急速に移動し、コアの周りに巻き戻り、空中で前方に移動するときにリングの形状を保持します。これらの煙の輪は、より多くの流体粒子が乱されてトロイダル運動から切り離されるにつれて、ゆっくりと広がり、速度を失います。
水中の渦輪
私たちが説明したように、渦輪の作成は本質的に人工的なもののように聞こえますが、これらの輪の知識は鯨類、特にイルカ、シロイルカ、ザトウクジラを含む動物界にまで及びます.これらの生物は、水中で渦輪を作成、操作、遊び、利用することが多いため、数え切れないほどの観察と意図的な研究が行われてきました。
イルカが尻尾の端をフリックしたり、頭を素早く動かしたりすると、周囲の水の速度の変化によって、水でできた渦輪が形成されることがよくあります。これは他の水中で急速に回転する水であるため、目に見えませんが、これらの生き物は泡を吹き、輪の渦に巻き込まれます。イルカが遊び方を知っていて、渦の輪を作り、水を注入して飛び回り、自分の創造物でキャッチボールをしているように見えることを示す明確な証拠はおそらくないでしょう.
先に述べたように、これらの輪はしばしばしばらくの間永続することができ、これらの生き物が尾を羽ばたかせたり、他の輪を吹き飛ばしたり、半分に切ったり、むしゃむしゃ食べたりして動かすことができます。遊び心のある海の生き物が明らかにゲームを「終了」したとき、噛むというこの最後の行為により、リングが消散し、通常の気泡が水面に浮き上がります。
興味深いことに、渦輪は水中で特に安定しています。なぜなら、動きの速い流体は圧力が低いため、周囲の静止/低速の水は圧力が高くなり、リングが安定し、それ自体が一体に保たれるからです。これにより、ガスや煙のリングでよく見られるように、動物がこれらの泡を散らさずに遊んだり操作したりする時間がさらに増えます。
水中で渦輪を作るのは動物だけではありません。プロペラとスキューバ ダイバーがしばしば犯人です。プロペラは水の速度を急速に変化させ、スキューバ ダイバーはマスクからガスを急速に放出することがあります。これらのシナリオは両方とも、これらの魅力的なリングの形成に理想的な設定です!
最後の言葉
大胆な気分になったら、次に水中にいるときは、口から空気を一気に吹き飛ばしてみてください。うまくやれば、自分だけの渦輪を作ることができるかもしれません。水ギセルバーで時々夜に参加する人は、煙の輪を吹くスキルに取り組み、その背後にある科学を友達に説明してください.密度、圧力、または速度が異なる別の流体または気体を通る 1 つの流体または気体の急速な移動は、動的な力の組み合わせにより、渦輪を形成する可能性があることに注意してください。
