La óptica del vórtice (en el agua): ¿por qué hay un anillo brillante?

Esta imagen es de este video de YouTube de "Physics Girl" , que muestra cómo puedes generar vórtices en una piscina usando un plato:

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Y allí explica la creación del círculo sombreado debido a uno de los vórtices. Pero como ven, también hay un anillo brillante, que está ahí sin importar la profundidad del agua. La flecha roja apunta a lo que parece un ala.

Las líneas blancas en la imagen de arriba son los caminos de los rayos de luz, ya que son desviados por el vórtice (vea también la imagen de abajo). ¿Pero no deberían los caminos de luz continuar más allá de eso? ¿O también por el medio del vórtice? Las líneas negras en la imagen de arriba (añadida por mí) y las líneas blancas (abajo, a la derecha) deberían mostrar lo que quiero decir.

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La profundidad del agua también debería influir en el brillo del anillo, ¿verdad? Es decir, con aguas muy profundas, no debería verse ningún anillo brillante. Entonces, ¿la profundidad realmente importa aquí?

Aquí hay una foto del experimento que muestra que estos diferentes tipos de tonos también son posibles.
Diferentes tipos de tonos de vórtice hechos visibles por experimento

@Pablowako La respuesta tuya me ayudó a darme cuenta de que en realidad hay un arcoíris en la imagen de la chica física; hay un poco de azul cerca del naranja y hay un poco de naranja cerca del azul. Creo que no se puede hacer un arcoíris con lupa.
Sí, la profundidad sí importa. Pero tenga en cuenta que en los vórtices de la piscina, la curvatura de la superficie es mucho menos pronunciada que en el dibujo, por lo que la refracción de los rayos de luz también es mucho menor. Pero eso combinado con una profundidad de unos 3 metros creará esa sombra.
@rodrigo me sale la misma sombra en todas las profundidades; 0,01 m a 3 m
Jokela: echa un vistazo al solitón de Falaco . Así se llama esta cosa.
@JohnDuffield Gracias. En realidad sabía que son Falaco Solitons, pero entonces, en realidad no había buscado bajo ese nombre sobre la óptica. Hay cosas que encontrar; como la superficie es una catenoide, etc., incluso imágenes y texto escrito sobre la óptica. cartan.pair.com/carfre10.htm Y esto podría explicar la sombra. Pero no puede explicar el anillo brillante que se colocará en la pantalla, ¿o sí?
Creo que sí. Es como lo que decía Pablo. Si tienes una región más oscura, es porque la luz se dirige a otra parte.

Respuestas (2)

Esperaba obtener una buena respuesta, pero como no está presente, y la dada no tiene demasiados votos a favor, me atrevo a decir mi propia respuesta, aunque podría considerarse "no convencional".

La óptica se crea de manera similar a un arco iris;

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En el arcoíris también hay una sombra, pero está justo afuera;

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En el vórtice hay un anillo de vórtice/vórtice toroidal en la parte superior del vórtice, y esto provoca el reflejo tal como se ve. Entre el vórtice forzado y el vórtice libre , el fluido se "corta" y hay una superficie dentro del fluido que refleja la luz. Este anillo de vórtice es un vórtice forzado en la parte superior del filamento de vórtice forzado.

Esto hace que la luz se doble "como un arcoíris"; Lo que significa aquí que la luz brillante está exactamente en el borde de la sombra, y no como en una lente, donde la sombra y la luz no están unidas en absoluto.

La existencia de este vórtice toroidal y sus superficies reflectantes se puede probar colocando la luz debajo de la superficie del agua (Imagen de la izquierda abajo);

Sombra de vórtice

Como se ve en la manguera de aire, la sombra pasa a través del anillo de sombra y luz. Estos tonos se pueden ver en estos videos .

Como la luz necesita una superficie para doblarse, significa que debe haber superficies dentro del fluido. Y esta es la respuesta a la pregunta; "¿Qué es la turbulencia?"; ¿Tendría alguna consecuencia práctica una solución al Problema del Milenio de Navier-Stokes? También llena la cabina con las leyes básicas de Newton, ya que da una explicación física para la creación de esta rotación. Lo cual de acuerdo con la primera Ley de Newton no debería ser posible.

El anillo brillante ES las líneas negras que dibujaste: la luz que falta dentro del círculo se refracta hacia el borde exterior. Cuando enfocas la luz a través de una lupa, hay una gran sombra redonda y en el centro un punto brillante. Esto se debe a que toda la luz que se suponía que estaba en la sombra se concentra en el punto central.

lupa

En el experimento, la luz que debería estar dentro del círculo se distribuye uniformemente en el borde del círculo.

Por cierto, las líneas negras son una representación inexacta de lo que está pasando: el círculo es una sombra. Está en el fondo de la piscina. Las líneas blancas son la luz que incide en el fondo de la piscina. La luz no puede viajar más .

Y con respecto al cambio de color (rojo y azul), sucede porque diferentes frecuencias de luz viajan a diferentes velocidades en un medio y, por lo tanto, se refractan menos o más, como en un prisma. La luz roja tiende a refractarse menos.

Refracción de la luz+velocidad

Esto explica el color un poco más a fondo. en.wikipedia.org/wiki/Prisma
Muchas gracias por su respuesta. Me ayuda a pensar más en esto (El color). En este video; youtu.be/D2ym8wt5NWo?t=57 verá cómo la distancia focal influye en el brillo del punto brillante. Y como puede ver, este brillo puede extenderse mucho más que el diámetro de la pantalla original. Entonces, la diferencia con esta sombra de vórtice es que el anillo siempre está exactamente alrededor de la sombra en todas las distancias focales. Su respuesta también debería adaptarse a este caso; física.stackexchange.com/questions/222916/…
Si preguntas eso en otra pregunta, lo responderé con fotos.
La óptica del vórtice (en el agua): ¿por qué hay un anillo brillante?
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