Числото на Рейнолдс; Удивителна наука
Изненадващо, границата между тези две ситуации е доста тънка и ние можем да я възприемем с помощта на величина, наречена число на Рейнолдс. Както ще видим, разбирането на прехода между двете поведения все още е обект на задълбочени изследвания [1].
Турбуленция
Когато потокът на течност е седалището на множество вихри, ние казваме, че този поток е бурен. Напротив, ако изглежда, че потокът се извършва по много паралелен начин, ние говорим за поток ламинария.
Турбулентните потоци са особено забележими в близост до препятствия, като стълбовете на мост. Разликата между двете ситуации е показана схематично на фигурата отсреща: отгоре ламинарен поток, отдолу турбулентен поток.
Това, което прави разликата е, че в турбулентен поток, малки смущения пораждат вихри. Напротив, при ламинарен поток нарушенията бързо отшумяват и потокът възобновява своя тих ход.
Как да разберете предварително дали потокът ще бъде седалището на турбуленцията? Това зависи главно от течен вискозитет, защото това действа като триене, което ще забави нарушенията и ще предотврати появата на вихри. Но кога вискозитетът е достатъчен, за да забави появата на турбулентни вихри ?
Борба между вискозитета и инерцията
За да разберете дали вискозитетът е достатъчно силен, за да забави вихрите, трябва да го сравните с инерцията на потока. Вискозитетът има тенденция вихрите да изчезват, докато инерцията ги разпространява. За да разберете този сблъсък между вискозитета и инерцията, направете аналогията със скиор (в гимназията, по механика, винаги има скиори).
Вие сте скиор и стигате до дъното на склона, където пистата става равна. Докъде ще стигнете в апартамента с инерцията си? Очевидно зависи: от една страна скорост които сте придобили, и от друга страна интензивността на триене това ще ви задържи. Това е борба между натрупаната ви инерция и триенето на снега.
За да определим количествено вашата инерция, можем да разгледаме вашата кинетична енергия, която си струва, както знаете \ ((1/2) m v ^ 2 \). За триене можем да го изразим като сила, пропорционална на вашата скорост, например \ (k.v \), където \ (k \) е коефициент на триене.
Ако съберете съотношението на двете заедно, получавате \ (mv/k \), което е количество, което приблизително ви дава разстоянието, което ще изминете с махането си. Ако сте тежки, бързи и снегът се плъзга добре, ще отидете по-далеч, отколкото ако сте лек, бавен и снегът е супа.
Номер на Рейнолдс
Да се върнем към нашата течност и да приложим разсъждения, аналогични на скиора. Представете си, че течността тече със средна скорост v, в тръба с диаметър D. Ако \ (\ rho \) е плътността на течността, кинетичната енергия на течността е приблизително пропорционална на \ (\ rho v ^ 2 \ ).