¿Por qué el agua en el fregadero sigue un camino curvo?

Cuando llena el fregadero con agua y luego permite que se drene, el agua forma un vórtice... Y luego comienza a seguir un camino curvo hacia abajo por efecto de la gravedad.

Por qué este fenómeno ocurre mientras la lluvia sigue un camino rectilíneo (en perfectas condiciones) hacia el suelo.

Supongo que cuando las moléculas de agua más cercanas al orificio de drenaje pasan primero, crean un vacío temporal que hace que otras moléculas de agua cercanas (arriba y a los lados) se apresuren y tomen su lugar, cada una con la misma oportunidad de llenar ese vacío. (ya que la presión es igual en todas las direcciones en un punto determinado en los líquidos). Así que estaba pensando más en una figura con forma de cono con agua colapsando, igualmente desde cada dirección. ¿Por qué el camino circular?

Copie y pegue este sitio para mi respuesta. Lo explicará de forma sencilla. física.stackexchange.com/q/7738

Respuestas (2)

La diferencia entre la lluvia y el agua en el fregadero es que la lluvia simplemente cae, mientras que el agua en el fregadero es atraída hacia un centro desde una distancia, y el agua en el fregadero no está perfectamente quieta. Está girando, aunque sea un poco. A medida que se atrae hacia el centro, la rotación se vuelve más rápida.

El principio es la conservación del momento angular .

Aquí, la Sra. Kawaguti acelera su rotación tirando de sus brazos:

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El agua en una gota de lluvia también gira. es demasiado simplificador describir una gota de lluvia como estática. De hecho, tal circulación puede influir en la dinámica de los aerosoles de manera significativa, como recuerdo de conferencias relacionadas.
@Nuevo: Estoy seguro de que tienes razón. Esta es una pregunta de nivel muy introductorio, donde el objetivo es comprender, en lugar de tocar los puntos finos. Pero gracias por esa observación.
@Mike Pero, en primer lugar, ¿qué está causando esta rotación? El agua en el fregadero debería estar quieta, si no afectada por ninguna fuerza para inventar la velocidad angular. Las moléculas se mueven al azar en todas las direcciones y se anulan entre sí, pero todo el líquido permanece allí. Si deja caer un líquido coloreado en un fregadero de este tipo, antes de desbloquear el drenaje, se dispersará en todas las direcciones, pero no girará hasta que se abra el orificio de drenaje. Entonces, ¿por qué esta dirección en particular?
@Jim: Es casi imposible que tenga una rotación absolutamente nula . Como mínimo, está girando con la tierra a aproximadamente 1/4 de grado por minuto. Si pones una gota de tinta, por supuesto que se esparce, pero ¿permanece el centro de la gota de tinta exactamente en un lugar? Puede hacer que el desagüe gire en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj simplemente revolviéndolo ligeramente con una cuchara o colocando algún tipo de deflector para que, a medida que fluye hacia el centro, se mueva en una dirección u otra. Puedes percibir que el agua no tiene rotación, pero solo necesita un poquito.
@Mike Ok, entonces lo resumiría todo: el movimiento de rotación obtiene su energía del movimiento hacia abajo, y la dirección se desencadena por las irregularidades más pequeñas en el piso y la pared del fregadero.
@Jim: No le habría prestado mucha atención al piso y la pared del fregadero, pero sí, creo que es correcto. Siempre obtienes un vórtice, pero su tamaño depende de cuánto momento angular haya en el agua. Si el agua está realmente muy quieta, entonces el vórtice es muy delgado, pero está ahí.

En principio básico, ambos podrían hacer lo mismo.

Pragmáticamente, el agua en un desagüe tiene la resistencia de las paredes del fregadero/desagüe para influir en el efecto. (Este es un régimen de vórtice en horquilla ). Básicamente, los vórtices difieren según el sumidero.

La tensión superficial de una gota de lluvia supera la fricción del viento. Las fuerzas de Coriolis todavía existen dentro de la gota de lluvia y podrían producir un flujo de vórtice toroidal en ella.

El vórtice es un fenómeno en cascada influenciado por

  1. dinámica molecular,
  2. condiciones de contorno, y
  3. fuerzas ambientales
¿Cómo ejercería tal movimiento circular la resistencia de las paredes del fregadero?
Tienes que darte cuenta de que se trata de la conservación del momento angular. Supongamos que el agua comienza a fluir como un cono, como dices. La fricción con los lados puede dar una dirección perpendicular al flujo del cono. Esto induce un momento angular que se conserva para este flujo y se suma también como flujo continuo. El momento angular se puede inducir desde el principio, en la forma en que el agua comienza a caer, las corrientes de aire, etc. Cualquier asimetría en las fuerzas inducirá el momento angular, que luego se conservará y acumulará.
Sí, pero el flujo del que estaba hablando es radial, hacia adentro, lo que no estimulará la fricción con las paredes, de hecho, retrocederá desde la pared hacia el centro del vórtice y luego hacia abajo. Si la fricción de las paredes causara un momento angular en cualquier dirección, ¿no se cancelaría, si lo entiendo correctamente, por la fricción misma en la dirección opuesta en el mismo instante, lo que detendría que todo el proceso continuara? Además, este fenómeno ocurre también en grandes sumideros donde el líquido que cierra las paredes tiene poco efecto sobre el que está cerca del centro, entonces, ¿qué me estoy perdiendo?
@Jim Comienza, en mi opinión, principalmente donde el líquido se adhiere al fondo del fregadero. Cualquier irregularidad en el fondo puede inducir una fuerza perpendicular al radial. Probablemente comenzará en la superficie del borde del drenaje y se acumulará. El momento angular de la superficie es absorbido por todo el fregadero y terminará como vibraciones de la masa del fregadero.
@Jim, disfrutará de ver esta búsqueda sobre la dinámica de vórtice de horquilla . Busque particularmente el trabajo del Dr. Ron Adrian.
@anna Bueno, parece que la más mínima irregularidad podría hacer que todo el líquido gire en una dirección, pero soy un poco escéptica porque si la cantidad más pequeña de líquido siguió esa dirección comenzó la reacción en cadena, que suena perfectamente lógico, en un mundo perfecto donde ninguna otra fuerza en la dirección opuesta anule este efecto. Entonces, este fregadero en particular siempre tendrá rotación en sentido antihorario todo el tiempo, ¿estoy en lo correcto? (Quiero ignorar el efecto Coriolis, de la rotación de la tierra, eso es otro tema)
Para empezar, muchos factores pueden influir en la dirección de rotación original, dependiendo de cómo se abra el orificio para el flujo, por ejemplo, al tirar de una cadena, la dirección no será perfectamente vertical sino aleatoria en cuanto al inicio de la rotación. Creo que si uno hace un experimento completamente controlado: agua en reposo, orificio abierto desde abajo suavemente (un mecanismo de iris que se abre al mismo tiempo radialmente, sin drenaje debajo para comenzar a succionar direccionalmente) sí, el fregadero individual mostrará la misma propensión rotacional de dirección .
@Jim, no puede ignorar la fuerza de Coriolis, pero dado el escenario imaginativo, sí, un fregadero podría estar predispuesto a iniciar una determinada dirección de movimiento.
¿Por qué el agua en el fregadero sigue un camino curvo?
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