Was ist der Mechanismus zwischen der gegenseitigen Abstoßung und Anziehung von Strudeln?

Ich habe irgendwo gelesen, dass sich Whirlpools im Wasser anziehen, wenn sie sich in entgegengesetzte Richtung drehen, sich aber abstoßen, wenn sie sich in die gleiche Richtung drehen.

Wie funktioniert das genau? Ich weiß, dass Gleichungen des Fluidmechanismus schwer zu verstehen sind. Gibt es eine intuitive Möglichkeit, wie normale Menschen dieses Verhalten von Flüssigkeiten verstehen können? Was ist der Mechanismus zwischen der gegenseitigen Abstoßung und Anziehung von Strudeln?

Antworten (1)

Für Flüssigkeiten, die sich bewegen, besagt das Bernoulli-Prinzip

P + H ρ G + 1 2 ρ v 2

ist konstant.

Das bedeutet, dass der Druck, den eine schneller strömende Flüssigkeit ausübt, reduziert wird (bei gleicher Höhe).

Im Diagramm bewegt sich das Wasser bei A und C schnell, aber bei B bricht die Bewegung ab und die Geschwindigkeit ist langsamer, sodass der Druck bei B größer ist als bei A und C, sodass sie sich abstoßen, wenn sie sich in die gleiche Richtung drehen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In der unteren Hälfte des Diagramms drehen sie sich in entgegengesetzte Richtungen, jetzt ist die Wassergeschwindigkeit bei E höher und der Druck dort geringer als bei D und F, sodass sie sich anziehen.

Bist du sicher, dass es nicht umgekehrt ist? Es gibt zwei Gründe, warum ich denke, dass sich gleichläufige Wirbel anziehen, während sich gegenläufige Wirbel abstoßen: 1) Es gibt eine schnelle Abwärtsströmung bei E, und die Bewegung der Wirbel nähert Kräfte an, die die Strömung beschleunigen, um die Aufwärtsströmungen bei D und aufrechtzuerhalten F. Gleichzeitig ermöglicht die Netto-Null-Strömung bei B, dass die beiden gleichsinnig rotierenden Wirbel zu einem einzigen Wirbel verschmelzen. 2) Wenn sich gegenläufige Wirbel anziehen würden, würden sie sich verbinden und sich gegenseitig aufheben. Das ist mit Energie- und Drehimpulserhaltung nicht vereinbar.
@cmaster-reinstatemonica In Bezug auf Ihren Punkt 2): Wenn ihre Drehungen gleich und entgegengesetzt sind, ist der Nettodrehimpuls bereits Null, selbst wenn sie weit voneinander entfernt sind, sodass die Drehimpulserhaltung gilt. Energieerhaltung gilt auch. Denken Sie daran, dass Energie auch in Turbulenzen und thermische Molekularbewegungen eintreten kann.
@ChiralAnomaly In der Tat bleibt der Drehimpuls erhalten, ich nehme diesen Punkt zurück. Energie ist nicht so einfach, da sie eine schnelle Umwandlung von kinetischer Energie in Wärme erfordern würde. Allerdings muss ich noch einen dritten Punkt hinzufügen: 3) Es gibt langlebige Systeme gegenläufiger Wirbel in der Luft. Zwei Beispiele sind die Wirbelschleppen von Flugzeugen, zwei große Wirbel, die sich minutenlang langsam nach unten bewegen, und Rauchringe. Beide bestehen aus einem sich schnell bewegenden Luftvolumen, das von gegenläufigen Wirbeln umgeben ist, und sind überraschend lange stabil. Und beide lösen sich eher auf, als dass sie in sich zusammenfallen.
Vortex-Wechselwirkungen sind viel interessanter als einfache Anziehungen und Abstoßungen. Gegenläufige Wirbel verschieben sich meist in eine Richtung senkrecht zu der Linie zwischen ihnen, während ähnlich rotierende Wirbel dazu neigen, sich umeinander zu drehen.
Was ist der Mechanismus zwischen der gegenseitigen Abstoßung und Anziehung von Strudeln?
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