Tornado w butelce

Dwie butelki złączone, z których jedna jest wypełniona wodą. Odwracając je i zakręcając górną część ruchem jak ciasto w misce, wytwarzamy własne tornado.


Powstają wiry - w zależności od kierunku kręcenia - kręcą się albo w prawo, albo w lewo. W ten sposób można wywołać własne 'tornado' w butelce. W ogólności wiry powstają wszędzie tam, gdzie prędkość przepływu dość gwałtownie się zmienia i nie bez znaczenia jest tutaj zjawisko lepkości. W wirze wytworzonym w butelce prędkość wody przy ściankach butelki jest, w przybliżeniu, równa zero, natomiast im bliżej osi wiru tym ich prędkość liniowa jest większa.

Ciekawym przykładem wiru są też prądy konwekcyjne, jakie powstają w atmosferze w ładne wiosenne i letnie dni. Powietrze w takich prądach też porusza się po spirali, ma kształt wiru, ale wraz ze wzrostem wysokości ten 'słup' wznoszącego się powietrza rozszerza się (na wskutek adiabatycznego rozprężania), a elementem związanym z lepkością jest otaczające ten prąd wznoszący zimniejsze powietrze. Dobrze rozpędzone powietrze tworzy trębę powietrzną.

Samo opisanie wirów jest dość skomplikowane. Wiąże się to z tym, że wiry często powstają na wskutek ruchu turbulentnego. Dla przepływów mało turbulentnych, powierzchnię wiru można z dobrym przybliżeniem opisać równaniem hiperboloidy obrotowej. W przypadku przepływów o dużej turbulencji, wiry się powielają, tzn. w dużym wirze powstaje mały wir, w tym jeszcze mniejszy w którym może powstać jeszcze mniejszy, jak 'Baba w Babie', jednym słowem - chaos. Podobno Werner Heisenberg na łożu śmierci powiedział, że będzie miał dwa pytania do Pana Boga: dlaczego względność i dlaczego turbulencja. Ale po chwili dodał: 'Naprawdę myślę, że On może odpowiedzieć tylko na pierwsze pytanie." (J. Gleick, "Chaos. Narodziny nowej nauki." Wyd. Zysk i S-ka, Poznań 1996).

Wir, dla wody w butelce jest sposobem na przezwyciężenie się lepkości: bez wiru powietrze przeciska się przez mały otwór między butelkami bałka po bałce. Siła odśrodkowa działająca na wirującą wodę dopycha ją do brzegów otworu, czyniąc miejsce na strumień powietrza do góry, w środku otworu.