¿Por qué el agua del baño forma un vórtice en el desagüe?

Haz esto en el ecuador, para que puedas olvidarte del momento angular de las cosas en la tierra. ¿El recipiente es circular, sin obstrucciones en el fondo? ¿El desagüe está en el centro? ¿Está el agua en el recipiente absolutamente quieta ? ¿Si le rociaste un poco de polvo y volviste 24 horas después, no se habría movido? Si es así, cuando inicie el desagüe, el agua fluirá directamente hacia el desagüe, sin vórtices.

Cualquier cosa que le dé el menor momento angular, en otras palabras, cualquier movimiento que no se acerque o se aleje del desagüe, se magnificará a medida que el agua se acerque al desagüe. Es lo mismo que un patinador artístico que gira tirando de sus brazos y piernas. Cualquier peso que sea atraído hacia el centro obedece la regla de áreas iguales de Kepler para las órbitas, por lo que un radio reducido da como resultado una velocidad angular aumentada.

El campo de velocidades de un fluido incompresible sin rotación obedece$\nabla \cdot v=0$(incompresible) y$\nabla \times v=0$(sin flujo rotacional). Como explicó Feynman , aún puede tener un fluido que se mueve en círculos alrededor de un cilindro: es simplemente irrotacional localmente (cero vorticidad; si imagina colocar una pequeña rueda hidráulica en el fluido, no girará). La velocidad en este caso escala como$v \propto 1/r$, que corresponde a un vórtice.

Cuando el líquido se drena, si tiene algún momento angular, obviamente debe comenzar a circular y la corriente hacia adentro concentrará la vorticidad. Pero incluso sin momento angular es complicado mantener simultáneamente la energía, el momento y la conservación de la masa con un flujo puramente radial. Entonces, si el fluido comienza a circular, obtiene un grado adicional de libertad que le permite satisfacer todas las condiciones, y no tiene que aumentar su vorticidad para hacerlo. Aparentemente, la cantidad necesaria para que aparezca un remolino es bastante pequeña . Sin embargo, el remolino es temporal ya que el momento angular se reduce gradualmente por el flujo de salida .

(Esto deja de lado un poco de no linealidad, consulte Andersen et al. para obtener más información).

Déjame tratar de explicarlo. Cuando el agua fluye hacia el agujero, elige el camino más corto (y casi no tendremos ningún error si asumimos que el camino más corto es una línea recta). Sin embargo, la Tierra está girando, y si observas el movimiento en línea recta del objeto desde el marco de referencia giratorio, un movimiento relativo a ti parecerá curvo. Entonces, de hecho, el agua no está girando, es la Tierra "debajo" la que está girando. La fuerza de Coriolis que mencionaste no existe. Es solo el efecto de la no inercia de FOR.

Por ejemplo, cuando el autobús que se mueve uniformemente frena, usted siente que lo arrastran hacia adelante, pero en realidad, simplemente continúa el movimiento uniforme (o, al menos, intenta continuarlo), mientras que el autobús se mueve con aceleración (desaceleración). en ese caso), por lo que es PARA no inercial. Y sientes esa no inercia como una "fuerza" ficticia que te arrastra hacia adelante (en relación con el autobús).

Si la más mínima asimetría de la bañera, el movimiento del aire en la parte superior, la corriente de convección debido a una temperatura desigual, etc., o la perturbación provoca un ligero movimiento lateral del agua en cualquier lugar alrededor del orificio, desviará ligeramente el agua entrante, como se muestra en el diagrama. Eso hará que el agua entrante empuje el agua y haga que gire. Esto desviará más el agua entrante, aumentando la rotación, etc. Es como pararse sobre una rueda. Si está justo en el medio, donde su peso está directamente hacia el eje, no girará. Pero muévase ligeramente hacia un lado y comenzará a girar, moviendo sus pies hacia un lado, lo que hará que acelere más, moviendo sus pies más hacia un lado y así sucesivamente. Si la bañera fuera del tamaño de un lago grande y el orificio de drenaje lo suficientemente grande,