Ein Wirbelwind (Mehrzahl-: Wirbelwinde) ist ein Drehen, häufig unruhig,

Fluss von Flüssigkeit. Jede spiralförmige Bewegung mit geschlossenen Stromlinien ist Wirbelwind-Fluss. Die Bewegung der Flüssigkeit, die schnell um ein Zentrum wirbelt, wird einen Wirbelwind genannt. Die Geschwindigkeit und Rate der Folge der Flüssigkeit in einem freien (rotationsfreien) Wirbelwind sind am Zentrum am größten, und nehmen progressiv mit der Entfernung vom Zentrum ab, wohingegen die Geschwindigkeit eines erzwungenen (rotations)-Wirbelwinds Null am Zentrum ist und proportional zur Entfernung vom Zentrum zunimmt. Beide Typen von Wirbelwinden stellen ein Druck-Minimum am Zentrum aus, obwohl das Druck-Minimum in einem freien Wirbelwind viel niedriger ist.

Eigenschaften

Wirbelwinde zeigen einige spezielle Eigenschaften:

• Der flüssige Druck in einem Wirbelwind ist im Zentrum am niedrigsten und erhebt sich progressiv mit der Entfernung vom Zentrum. Das ist in Übereinstimmung mit dem Grundsatz von Bernoulli. Der Kern eines Wirbelwinds in Luft ist manchmal wegen einer Wolke des Wasserdampfs sichtbar, der durch die Kondensation im Tiefdruck des Kerns verursacht ist. Die Tülle eines Tornados ist ein klassisches und furchterregendes Beispiel des sichtbaren Kerns eines Wirbelwinds. Ein Staub-Teufel ist auch der Kern eines Wirbelwinds, gemacht sichtbar durch den Staub gezogen aufwärts durch den unruhigen Fluss von Luft vom Boden-Niveau in den Tiefdruck-Kern.

Wie man

• betrachten kann, enthält der Kern jedes Wirbelwinds eine Wirbelwind-Linie, und, wie man betrachten kann, zirkuliert jede Partikel im Wirbelwind um die Wirbelwind-Linie. Wirbelwind-Linien können anfangen und an der Grenze der Flüssigkeit enden oder geschlossene Regelkreise bilden. Sie können nicht anfangen oder in der Flüssigkeit enden. (Sieh die Lehrsätze von Helmholtz.) Weichen Wirbelwinde sogleich ab und schließen sich einer festen Oberfläche an. Zum Beispiel formt sich ein Wirbelwind gewöhnlich vor der Propeller-Platte oder dem Düsenantrieb eines schleppenden Flugzeuges. Ein Ende der Wirbelwind-Linie wird der Propeller-Platte oder dem Düsenantrieb beigefügt, aber wenn das Flugzeug taxiing ist, schließt sich das andere Ende der Wirbelwind-Linie sogleich dem Boden aber nicht Ende in midair an. Der Wirbelwind kann kleine und Wassersteine in den Kern und dann in die Propeller-Platte oder den Düsenantrieb saugen.
• Zwei oder mehr Wirbelwinde, die ungefähr parallel und in derselben Richtung zirkulierend sind, werden sich verschmelzen, um einen einzelnen Wirbelwind zu bilden. Der Umlauf des verschmolzenen Wirbelwinds wird der Summe der Umläufe der konstituierenden Wirbelwinde gleichkommen. Zum Beispiel fließt eine Platte von kleinen Wirbelwinden von der Hinterkante des Flügels oder dem Propeller eines Flugzeuges, wenn der Flügel Heben entwickelt oder der Propeller Stoß entwickelt. In weniger als einem Flügel-Akkord stromabwärts der Hinterkante des Flügels verschmelzen sich diese kleinen Wirbelwinde, um einen einzelnen Wirbelwind zu bilden. Wenn angesehen, vom Schwanz des Flugzeuges, sich in der Richtung auf den Flug freuend, gibt es einen Flügelspitze-Wirbelwind, der vom linken Flügel schleift und im Uhrzeigersinn und einem anderen Flügelspitze-Wirbelwind zirkuliert, der vom rechten Flügel schleift und gegen den Uhrzeigersinn zirkuliert. Das Ergebnis ist ein Gebiet von downwash hinter dem Flügel zwischen dem Paar von Flügelspitze-Wirbelwinden. Diese zwei Flügelspitze-Wirbelwinde verschmelzen sich nicht, weil sie in entgegengesetzten Richtungen zirkulieren.
• Wirbelwinde enthalten viel Energie in der kreisförmigen Bewegung der Flüssigkeit. In einer idealen Flüssigkeit kann diese Energie nie zerstreut werden, und der Wirbelwind würde für immer andauern. Jedoch stellen echte Flüssigkeiten Viskosität aus, und das zerstreut Energie sehr langsam vom Kern des Wirbelwinds. (Sieh Rankine Wirbelwind). Es ist nur durch die Verschwendung eines Wirbelwinds wegen der Viskosität, die eine Wirbelwind-Linie in der Flüssigkeit, aber nicht an der Grenze der Flüssigkeit beenden kann. Zum Beispiel zerstreuen sich die Flügelspitze-Wirbelwinde von einem Flugzeug langsam und verweilen in der Atmosphäre, lange nachdem das Flugzeug gegangen ist. Das ist eine Gefahr für anderes Flugzeug und ist als Kielwasser-Turbulenz bekannt.

Dynamik

Ein Wirbelwind kann jeder kreisförmige oder Drehfluss sein. Vielleicht unerwartet besitzen nicht alle Wirbelwinde

vorticity. Vorticity ist ein mathematisches in der flüssigen Dynamik verwendetes Konzept. Es kann im Wert vom "Umlauf" oder "der Folge" in einer Flüssigkeit verbunden sein. In der flüssigen Dynamik ist vorticity der Umlauf pro Einheitsgebiet an einem Punkt im Fluss-Feld. Es ist eine Vektor-Menge, deren Richtung ist (grob sprechend) entlang der Achse des Strudels. Der vorticity eines freien Wirbelwinds ist Null überall außer am Zentrum, wohingegen der vorticity eines erzwungenen Wirbelwinds Nichtnull ist. Vorticity ist eine ungefähr erhaltene Menge, meinend, dass er nicht sogleich geschaffen oder in einem Fluss zerstört wird. Deshalb schaffen Flüsse, die mit minimalem vorticity wie Wasser in einer Waschschüssel anfangen, Wirbelwinde mit minimalem vorticity, wie das Eigenschaft-Wirbeln und ungefähr die freie Wirbelwind-Struktur, wenn es abfließt. Im Vergleich, Flüssigkeiten, die am Anfang vorticity, wie Wasser in einer rotierenden Schüssel, Form-Wirbelwinden mit vorticity haben, der durch das viel weniger ausgesprochene Tiefdruck-Gebiet am Zentrum dieses Flusses ausgestellt ist. Auch in der flüssigen Dynamik, wie man sagen kann, ist die Bewegung einer Flüssigkeit vortical, wenn sich die Flüssigkeit in einem Kreis, oder in einer Spirale bewegt, oder wenn es dazu neigt, um eine Achse zu spinnen. Solche Bewegung kann auch solenoidal genannt werden. In den atmosphärischen Wissenschaften ist vorticity ein Eigentum, das groß angelegte Folge von Luftmengen charakterisiert. Da der atmosphärische Umlauf fast horizontal ist, (3 dimensionale) vorticity ist fast vertikal, und es ist üblich, den vertikalen Bestandteil als ein Skalar vorticity zu verwenden. Mathematisch wird vorticity als die Locke der flüssigen Geschwindigkeit definiert:

:

\mathit {u}. </Mathematik>

Zwei Typen des Wirbelwinds

In der flüssigen Mechanik wird eine Unterscheidung häufig zwischen zwei Begrenzungswirbelwind-Fällen gemacht. Einer wird den freien (rotationsfreien) Wirbelwind genannt, und der andere ist der erzwungene (rotations)-Wirbelwind. Diese werden unten mit dem folgenden Beispiel betrachtet:

</Zentrum>

Freier (rotationsfreier) Wirbelwind

Wenn Flüssigkeit unten eine Steckdose gezogen wird, kann man das Phänomen eines freien Wirbelwinds oder Linienwirbelwinds beobachten. Die tangentiale Geschwindigkeit v ändert sich umgekehrt als die Entfernung r vom Zentrum der Folge, so ist der winkelige Schwung rv überall überall im Fluss gleichförmig; der vorticity ist Null überall (abgesehen von einer Eigenartigkeit an der Mittelachse), und der Umlauf über eine Kontur, die r = 0 enthält, hat denselben Wert überall. Der freien Oberfläche (wenn anwesend) kurze Bäder scharf (als r) als die Zentrum-Linie wird genähert.

Durch die tangentiale Geschwindigkeit wird gegeben:

:

wo Γ der Umlauf ist und r die radiale Entfernung vom Zentrum des Wirbelwinds ist.

In nicht technischen Begriffen zirkuliert die Flüssigkeit in der Nähe vom Zentrum des Wirbelwinds schneller als die vom Zentrum weite Flüssigkeit. Die Geschwindigkeit entlang dem kreisförmigen Pfad des Flusses nimmt ab, weil Sie vom Zentrum ausziehen. Zur gleichen Zeit haben die inneren Stromlinien eine kürzere Entfernung, um zu reisen, um einen Ring zu vollenden. Wenn Sie eine Rasse auf einer kreisförmigen Spur führten, möchten Sie auf der Innen- oder Außenseite lieber sein, annehmend, dass die Absicht war, einen Kreis zu vollenden? Stellen Sie sich ein Blatt vor, das in einem freien Wirbelwind schwimmt. Der Tipp des Blattes weist zum Zentrum hin, und die Klinge sitzt auf vielfachen Stromlinien rittlings. Der Außenfluss ist in Bezug auf den überquerten Winkel langsam, und es übt umgekehrt Zerren auf der Basis des Blattes aus, während der schnellere innere Fluss den Tipp vorwärts zieht. Die Schinderei-Kraft setzt Folge des Blattes entgegen, weil es den Kreis bewegt.

Erzwungener (rotations)-Wirbelwind

In einem erzwungenen Wirbelwind rotiert die Flüssigkeit als ein fester Körper (es gibt nicht mähen). Die Bewegung kann durch das Stellen eines Tellers von Flüssigkeit auf einem Plattenteller begriffen werden, der an ω radian/s rotiert; die Flüssigkeit hat vorticity 2ω überall, und die freie Oberfläche (wenn anwesend) ist ein paraboloid.

Durch die tangentiale Geschwindigkeit wird gegeben::

wo ω die winkelige Geschwindigkeit ist und r die radiale Entfernung vom Zentrum des Wirbelwinds ist.

Wirbelwinde in Magneten

Verschiedene Klassen von Wirbelwind-Wellen bestehen auch in Magneten. Es gibt genaue Lösungen klassischer nichtlinearer magnetischer Gleichungen z.B Gleichung des Landauers-Lifshitz, Kontinuum Modell von Heisenberg, Gleichung von Ishimori, nichtlineare Gleichung von Schrödinger und so weiter.

Beobachtungen

Ein Wirbelwind kann in der schnell wachsenden Bewegung von Luft oder Flüssigkeit um ein Zentrum der Folge gesehen werden. Der kreisförmige Strom von Wasser von widerstreitenden Gezeiten bildet häufig Wirbelwind-Gestalten. Unruhiger Fluss macht viele Wirbelwinde. Ein gutes Beispiel eines Wirbelwinds ist das atmosphärische Phänomen eines Wirbelwinds oder eines Tornados oder Staub-Teufels. Diese wirbelnde Luftmenge nimmt größtenteils die Form einer Spirale, Säule oder Spirale an. Tornados entwickeln sich von strengen Gewittern, die gewöhnlich von Bö-Linien und Superzellgewittern erzeugt sind, obwohl sie manchmal infolge eines Orkans geschehen.

In der atmosphärischen Physik ist ein mesovortex auf der Skala von einigen Meilen (kleiner als ein Orkan, aber größer als ein Tornado). Auf einer viel kleineren Skala wird ein Wirbelwind gewöhnlich gebildet, weil Wasser ein Abflussrohr, als in einem Becken oder einer Toilette herunterkommt. Das kommt in Wasser vor, weil die Drehmasse ein Massagebad bildet. Dieses Massagebad wird durch Wasser verursacht, das aus einer kleinen Öffnung im Boden einer Waschschüssel oder Reservoirs fließt. Diese wirbelnde Fluss-Struktur innerhalb eines Gebiets der Flüssigkeitsströmung öffnet sich nach unten vom Wasserspiegel.

Beispiele

• In der hydrodynamischen Interpretation des Verhaltens von elektromagnetischen Feldern schafft die Beschleunigung von elektrischer Flüssigkeit in einer besonderen Richtung einen positiven Wirbelwind von magnetischer Flüssigkeit. Das schafft der Reihe nach um sich einen entsprechenden negativen Wirbelwind von elektrischer Flüssigkeit.
• Rauch-Ring: Ein Ring des Rauchs, der seit einer überraschend langen Zeit andauert, die langsame Rate illustrierend, an der Viskosität die Energie eines Wirbelwinds zerstreut.
• Luftblase-Ring: Ein Ring von Luftblasen hat sich unter Wasser geformt, sich in jeder Richtung bewegend, die von einigen spielerischen Delfinen und anderen Walfischen geschaffen ist.
• Liftveranlasste Schinderei eines Flügels auf einem Flugzeug.
• Die primäre Ursache dessen zieht das Segel einer Korvette hinein.
• Massagebad: Eine wirbelnde Wassermasse, die durch Ozeangezeiten oder durch ein Loch unter dem Wirbelwind erzeugt ist, wo das Wasser wie eine Badewanne abfließen würde. Ein großes, starkes Massagebad ist als ein Wirbel bekannt. In der populären Einbildungskraft, aber nur selten in Wirklichkeit, können sie die gefährliche Wirkung haben, Boote zu zerstören. Beispiele sind Charybdis der klassischen Mythologie in den Kanälen von Messina, Italien; die Massagebäder von Naruto von Nankaido, Japan; der Wirbel, Lofoten, Norwegen.
• Eisstalaktite werden durch eine rotierende Säule des unterkühlten Salzwassers des Bewegens nach unten gebildet.
• Ein kleiner Strom von fallendem Wasser fängt an, sofort auf der Ausgabe zu rotieren, und tut so, bis die Geschwindigkeit der Bewegung nach unten die Kohäsion der Oberflächenspannung überwindet und seinen Bruch in Spray verursacht.
• Tornado: ein gewaltsamer Windsturm durch eine Drehung, trichterförmige Wolke charakterisiert. Eine weniger gewaltsame Version eines Tornados, über Wasser, wird eine Wasserhose genannt.
• Orkan: ein viel größerer, wirbelnder Körper von erzeugten Wolken durch das Abdampfen warmen Ozeanwassers und unter Einfluss der Folge der Erde. Ähnliche aber viel größere, Wirbelwinde werden auch auf anderen Planeten, wie der dauerhafte Große Rote Punkt auf Jupiter und der periodisch auftretende Große Dunkle Punkt auf Neptun gesehen.
• Polarer Wirbelwind: Ein beharrlicher, groß angelegter Zyklon hat in der Nähe von den Polen der Erde, in der mittleren und oberen Troposphäre und der Stratosphäre im Mittelpunkt gestanden.
• Sonnenfleck: Dunkles Gebiet auf der Oberfläche der Sonne (Photobereich), der durch eine niedrigere Temperatur gekennzeichnet ist als seine Umgebungen und intensive magnetische Tätigkeit.
• Wellen von Alfven
• Die Akkretionsplatte eines schwarzen Loches oder anderer massiver Gravitationsquelle.
• Spiralförmige Milchstraße: Ein Typ der Milchstraße in der Folge von Hubble, die durch eine dünne, rotierende Platte charakterisiert wird. Die Milchstraße der Erde, die Milchstraße, ist dieses Typs.

Siehe auch

• Künstlicher Ernst
• Wirbelwind von Batchelor
• Zyklonartige Trennung
• Wirbel
• Gyre
• Die Lehrsätze von Helmholtz
• Geschichte der flüssigen Mechanik
• Hufeisen-Wirbelwind
• Quant-Wirbelwind
• Wirbelwind von Rankine
• Wirkung des Dusche-Vorhangs
• Zahl von Strouhal
• Viktor Schauberger
• Abscheuliche Wirbelwinde
• Wirbelwind-Straße von Von Kármán
• Wirbelwind-Motor
• Wirbelwind-Ring
• Wirbelwind-Tube
• Wirbelwind-Kühler
• Wirbelwind, der verschüttet
• Wirbelwind, der sich streckt
• Wirbelwind hat Vibrieren veranlasst
• Vorticity
• Massagebad

Flügelspitze-Wirbelwinde

• Wurmloch

Referenzen

Verweisungen und weiterführende Literatur

• "Wetterwörterverzeichnis"' Weather Channel Interactive, Inc.. 2004.
• "Wörterverzeichnis und Abkürzungen". Risikovorhersageinitiative. Bermuda Biologische Station für Research, Inc St. Georg, Bermuda. 2004.
• Loper, David E., "Fließt eine Analyse des beschränkten magnetohydrodynamic Wirbelwinds". Fall-Institut für die Technologie. Washington, Nationale Luftfahrt und Raumfahrtbehörde; zum Verkauf durch die Abrechnungsstelle für die Technische und Wissenschaftliche Bundesinformation, Springfield, Va 1966. (Auftragnehmer-Bericht von NASA NASA CR-646) LCCN 67060315
• Batchelor, G. K. (1967), Eine Einführung in die Flüssige Dynamik, Cambridge Univ. Presse, Ch. 7 und seq
• Clancy, L.J. (1975), Aerodynamik, Pitman Publishing Limited, London. Internationale Standardbuchnummer 0-273-01120-0

Links

• Optische Wirbelwinde
• Schaffen Sie Wirbelwind
• Stauben Sie Teufel-Film Ein kurzer Film ab, viele spinnende Wirbelwinde unterschiedlicher Größen zeigend
• Video von zwei Wasserwirbelwind-Ringen, die (MPEG) kollidieren

Flüssige Mechanik-Website mit dem Kino, Q&A, usw.

• BubbleRings.com klingelt die Website auf der "Luftblase", die Unterwasserringe sind, die aus von Wirbelwinden gebildeter Luft gemacht sind. Die Seite hat etwas Information an, wie diese Ringe arbeiten.
• Kapitel 3 Rotationsflüsse: Umlauf und Turbulenz
• Video der Wirbelwind-Bildung und Vernichtung in einem Supraleiter (durch Joel Thorarinson)