Alexander Belkin
февраль 2016.
6049

Почему возникает мини-водоворот при сливе ванны?

Ответить
Ответить
Комментировать
0
Подписаться
5
3 ответа
Поделиться

Существенным фактором, влияющим на образование "воронки" при истечении воды из ванны и направление вращения в ней является наличие начального ненулевого кинетического момента (момента импульса) воды. Если на пальцах, то когда вода только набирается в ванну (или, скажем, после того, как в ней кто-то купался), она неспокойна в своей массе и (упрощённо) вся в среднем "вращается" в ту или иную сторону. Пока воды много, этот эффект незаметен. Но когда уровень воды небольшой, то можно заметить следующее: чем ближе к сливному отверстию (точнее: чем ближе к его центру), тем выше скорость воды, а значит и выше скорость её вращения. Вода стремительно вытекает из отверстия и сама себя "раскручивает", подобно фигуристу, который прижимает руки к туловищу и резко набирает скорость вращения.

А увлекательные истории про силы Кориолиса и унитазы в Австралии пусть Вам рассказывают дилетанты. Скорость вращения волы в водостоке превышает скорость вращения Земли примерно в 10000 раз, да и масса воды, участвующей в процессе, очень мала, так что влияние силы Кориолиса ничтожно мало: для того, чтобы её влияние было ощутимо, необходимо обеспечить идеальные лабораторные условия (идеально спокойная вода, строго горизонтальное отверстие слива без выступов и дефектов, ламинарное течение жидкости и бог знает что ещё). В быту же, собрав значительную статистику, Вы лично можете убедиться в том, что никакой зависимости тут нет - вода может вращаться в обоих направлениях в одной и той же ванне. Факторов, влияющих на направление вращения, колоссально много: начиная от формы Вашей ванны и заканчивая способом, которым Вы наливаете воду. Но прежде всего - это изначальное состояние воды и возмущения в ней. В конце концов, закрутить такой мини-водоворот можно просто рукой, выбрав совершенно произвольное направление. только "закручивать" надо всю воду в ванне, а не локально место слива - в противном случае остальная масса вас "задавит" и "повернёт" всё в свою сторону.

Экспериментируйте!

Ничего закручивать рукой не нужно, и сила Кориолиса не при чем.
Главной мне видится следующая причина
Отверстие установлено несимметрично - ближе к одному краю. Из-за этого, вода, стекающая от дальней стенки в любом случае при достижении стенки, которая расположена ближе к сливу, начинает обтекать вдоль стенки и тем самым, получать момент вращения. При этом, градиент, идущий по направлению к стоку всегда присутствует. Поэтому, вода идет вдоль округлой стенки и к стоку, и поэтому закручивается.
Кроме этого, жидкость может иметь неустойчивость при больших скоростях и закручиваться просто в силу этой причины. 

Из-за вращения Земли возникает т.н. "Сила Кориолиса", небольшая результирующая сила, действующая нормально (т.е. перпендикулярно) отвесному направлению. Сила Кориолиса заставляет стекающую воду закручиваться в водоворот (кстати, в Южном полушарии водоворот закручивается в противоположную сторону, об этом даже есть упоминание в эпизоде Симпсонов, где они посещают Австралию) и ее действие является причиной того, что у рек всегда один пологий и один отвесный берег — в Северном полушарии левый пологий, а правый — отвесный, а в Южном — наоборот.

Ответить