Věda a technika v pozadí

Vzdušný vír způsobený průletem letadla, zviditelněný barevným kouřem.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: NASA. Public domain.

Teorie

Rychlost tekutiny v určitém bodě se nepravidelně mění co do velikosti i směru, mluvíme pak o turbulentním proudění. Anglický fyzik Osborne Reynolds konal pokusy se skleněnými trubicemi různého průřezu při různém tlakovém spádu. Zjistil, že o druhu proudění rozhoduje bezrozměrná veličina – Reynoldsovo číslo R, jež charakterizuje každý tok 

kde d je délka charakteristického rozměru tělesa (např. průměr trubice), ρ je hustota kapaliny, η dynamická viskozita, v střední rychlost kapaliny. Podle pokusů laminární proudění v hladkých trubicích přechází v turbulentní tehdy, když Reynoldsovo číslo dosáhne kritické hodnoty R_k. Měření ukázala, že R_k je asi 2000 (2400).

K překonání sil vnitřního tření působících proti pohybu reálné kapaliny je třeba konat mechanickou práci. Tato práce se koná na úkor kinetické i tlakové potenciální energie proudící kapaliny. Proto u kapalin s větší viskozitou je nutno udržovat jejich proudění velkým přetlakem pomocí výkonných čerpadel.

Význam čísla R není omezen jen na proudění tekutin v trubicích, ale má základní význam pro proudění tekutiny v prostorech obecnějšího tvaru a při pohybu pevných těles v tekutinách. Stejné zákonitosti platí i pro vzduch, pokud je rychlost značně menší než rychlost zvuku. Při otáčivém pohybu tekutin následkem snadné posunutelnosti jejich částic a vnitřního tření nastávají jiné poměry než při otáčení pevného tělesa. Známým příkladem otáčivého pohybu tekutin jsou víry, které lze pozorovat např. nad výtokovým otvorem vany, jako kouřové kroužky ve vzduchu. Víry vznikají při proudění vlivem vnitřního tření, ve vrstvě, která odděluje dvě proudění různých rychlostí, víry vznikají za pevnými tělesy, která jsou v klidu nebo se pohybují (pilíře mostů). Víry představují útvar značné stability, jsou vázány na hmotu a na mezní vrstvu.

Vodní vír.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.

Zajímavost z meteorologie:
Prudké vzdušné víry se také nazývají tromby, mají přibližně svislou osou otáčení a průměrem jednotek až stovek metrů a místní ráz. Ze silně zahřátého vzduchu se nad pevninami tvoří malé tromby, které dosahují výšek maximálně stovek metrů. Vznikají především na pouštích, v létě je lze pozorovat i v mírných zeměpisných šířkách. Projevují se jako prachové nebo písečné víry. Tromby se na území střední Evropy vyskytují jen výjimečně a v omezeném rozsahu. Častý výskyt je naopak v USA, kde se označují jako tornáda (ze španělského tornar – otočka nebo z latinského tornare – točit se). Každoročně jich v tzv. tornádové oblasti (nížiny mezi Apalačským pohořím a Skalnatými horami) vznikne až několik set.

Tornádo.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Daphne Zaras. Public domain.