Kérdés: Hogyan keletkezik a füskarika és miért marad meg olyan sokáig?


Válasz: A füstkarikákat a fluid (folyékony, gáznemû) anyagok dinamikájában örvénygyûrûknek nevezik. Akkor keletkeznek, amikor a füst kiáramlik egy merev, kör alakú lyukon vagy ehhez hasonló nyíláson, például az O alakúra formált szájon.

A füstkarikák elsõsorban a határréteg-leválás jelensége miatt keletkeznek. Képzeljünk el egy füsttel teli üreget, amelynek egyik végén kör alakú lyuk van. Az üreg másik végén dugattyú van, amellyel egy kevés füstöt nyomhatunk ki a lyukon.

A lyuknál leválik a határréteg, vagyis a lyuk fala melletti füstréteg. A leválás azért jön létre, mert a nyomásgradiens az áramlási irányba mutat a lyuk szélén, és a füst igyekszik a tartály külsejéhez tapadni még a nyíláson túl is.

Amikor a határréteg leválik,  és a füst a kezdeti sebesség irányában halad tovább, örvényerõ lép fel a füstcsõ szélén, amelyet örvénylemeznek neveznek. Ez az erõ gyûrûvé pödri az örvénylemezt. A gyûrû egy központi örvénymag körül forog, és valamekkora sebességgel halad elõre. Mindez gyorsan lejátszódik, ahogy a cigarettafüst esetében gyakran látjuk. A gyûrû azért stabil, mert az örvényerõ nem függ a gyûrû sebességétõl.

A füstkarikákat már régóta tanulmányozzák. Például Lord Kelvin igen érdekes eredményre jutott a híres német fizikussal, Helmholzcal folytatott megbeszélése után. Mindketten az örvénygyûrûk stabilitását vizsgálták kísérleti és elméleti módszerekkel. Helmholtz 1858-ban, Kelvin 1867-ben publikálta elméletét.

Kelvin a tökéletes folyadékok örvénygyûrûinek stabilitására alapozta atomelméletét: "Miután a szerzõ megismerte Helmholtz csodálatra méltó felfedezését a tökéletes fluidumokban tehát a viszkozitástól (vagy belsõ súrlódástól) tökéletesen mentes fluidumokban zajló örvénymozgásról, úgy gondolta, ez a felfedezés kétségtelenül azt sugallja, hogy a Helmoltz-féle gyûrûk az egyedüli igazi atomok ... Ha két örvénygyûrû keletkezne egy tökéletes folyadékban, amelyek úgy hatolnának át egymáson, mint a láncszemek, soha nem ütköznének össze vagy törnék el egymást, és elpusztíthatatlan atomot alkotnának."

Kelvin elgondolása hogy a füstkarikák a viszkózus hatások vagy a turbulencia hatására összeesnek, de a tökéletes örvénygyûrûk örökké fennmaradnak nem bizonyult helytállónak. Sheila Widnall és Charles Tsai 1977-ben kimutatta, hogy az örvénygyûrûk eredendõen instabilak.

William von Witt, New Town, Tasmania
 


Vissza a kérdésekhez
The Last Word Archive
Copyright New Scientist, RBI Limited 1998
For more science news and views, check out New Scientist