دوامة (فيزياء): الفرق بين النسختين

==الخصائص==

===الدوامية===

 

[[دوامية|الدوامية]] هي مفهوم أساسي من مفاهيم ديناميكا الدوامات؛ فهي [[متجه|قوة متجهة]] تصف الحركة الدائرية المحلية في نقطة داخل السائل. نظرياً، يمكن ملاحظة الدوامة عن طريق وضع كرة صغيرةه ثقيلة عند نقطة المراقبة وملاحظة كيف تدور حول محورها. يعرّف اتجاه متجه الدوامة على أنه اتجاه مجور دوران الكرة الوهمية (حسب [[قاعدة اليد اليمنى]]) في حين يكون طولها ضعف [[سرعة زاوية|السرعة الزاوية]] للكرة. رياضياً، تعرف الدوامة على أنها دوران [[حقل التسارع]] للسائل، وتعطى بـ

===أنواع الدوامات===

نظرياً، تختلف سرعة الجزيئات "u" في الدوامة (وبالتالية الدوامية) بتغيّر المسافة "r" عن المحور. ثمة حالتان خاصتان مهمتان، هما:

* إذا كان السائل يدور مثل جسم جامد - أي إذا كانت تسارع الدوران الزاويّ Ω منتظماً، بحيث تزيد السرعة "u" بالتناسب مع البعد عن المحور r - فإن كرة صغيرة يحملها التيار سوف تدور حول مركزها وكأنها جزء من الكتلة الجامدة. في هذه الحالة فإن الدوامية تكون متساوية في كل مكان: ويكون إتجاهها موازياً لمحور الدوران ويكون مقدارها ضعف التسارع الزاويّ المنتظم Ω للسائل حول محور الدوران:

*:<math>\vec{\Omega} = (0, 0, \Omega) , \quad \vec{r} = (x, y, 0) ,</math>

*:<math>\vec \omega = \nabla \times \vec{u} = (0, 0, 2\Omega) = 2\vec{\Omega} .</math>

{{تحديد}}

إذا كانت سرعة الجسيمات u تتناسب عكسياً مع المسافة r (البعد عن المحور)، فإن كرة الإختبار الوهمية لن تدور حول نفسها؛ لكنها ستحافظ على نفس الإتجاه بينما تتحرك في دائرة حول محور الدوامة. في هذه الحالة، فإن الدوامية <math>\vec \omega</math> عند أي نقطة غير واقعة على المحور، وعليه يكون التدفق "لادوراني":

*:<math>\vec{\Omega} = (0, 0, \alpha r^{-2}) , \quad \vec{r} = (x, y, 0) ,</math>

 

====الدوامات غير الدورانية====

 

في غياب القوى الخارجية، فإن الدوامة عادة ما تتطور بسرعة كبيرة باتجاه نمط التدفق اللادوراني، حيث تتناسب سرعة التدفق (الجريان) عكسياً مع المسافة، ولهذا السبب يُطلق على الدوامات اللادورانية أيضاً اسم "الدوامات الحرة".

 

====الدوامات الدورانية====

الدوامات الدورانية – تلك التي تكون الدوامية فيها غير مساوية للصفر بعيداً عن المركز- يمكنها البقاء على هذه الحالة فقط عند وجود قوى اضافية خارجية، غير تلك القوة الناتجة عن حركة السائل نفسه.

على سبيل المثال، إذا تم تحريك دلو من الماء بحركة دائرية بسرعة زاويّة ثابتة مقدارها w حول محوره العمودي، فإن الماء في نهاية المطاف سوف يدور بحركة دورانية على طريقة تدفق الجسم-الصلب. وسوف تتحرك الجسيمات بدوائر بتسارع u مساوٍ لـ "wr".<ref name=LJC7.5/> في هذه الحالة، يتخذ سطح الماء الحر شكل [[سطح مكافئ|القطع المكافئ]].

 

===الضغط في الدوامات===

 

تُنشِئ حركة تدفق الماء في الدوامة [[ضغط|ضغطاً ديناميكياً]] (إضافةً إلى أي [[علم سكون الموائع|ضغط هيدروستاتيكي]]) يكون أقل مقداراً كلما اقترب من المنطقة المركزية، بالقرب من المحور ويزداد كلما ابتعدت عنه، وفقاً ل[[مبدأ بيرنولي]]. ويمكننا القول بأن هذا التدرّج في الضغط يجبر تدفق الماء على اتخاذ شكل مقوّس حول المحور.

 

من الممكن أحياناً رؤية محور الدوامة في الهواء وذلك بسبب عمود بخار الماء الناجم عن [[تكثيف|التكاثف]] في الضغط المنخفض والحرارة المنخفضة في المحور؛ مثال على ذلك [[إعصار قمعي|الإعصار القمعي]].

قد تمتص الدوامة الأمامية والممتدة من محرك طائرة مركونة الماء والحجارة الصغيرة إلى داخل المحور ومن ثم إلى داخل المحرك.

 

لا يلزم أن تكون الدوامات بمميزات ثابتة لأن بإمكانها التنقل وتغيير شكلها.

في دوامة متحركة، لم تعد مسارات الجسيمات مغلقة ولكنها عبارة عن منحنيات لولبية مفتوحة مماثلة للحلزات أو الدويرات.

تصاحب الدوامة المتحركة السوائل طالما أن تأثير اللزوجة والانتشار ضئيل. ويميل السائل في مركز اللب خاصة (والمادة المحاصرة به) إلى البقاء في مركز اللب كدوامة تتحرك حوله. وهذا نتيجة لنظرية هيلمهولتز الثانية، بالتالي يمكن للدوامات (على عكس السطح وضغط الموجات) نقل الكتلة والطاقة والزخم لمسافات كبيرة مقارنة لحجمها مع القليل من التشتت المفاجيء، ويظهر هذا التأثير من خلال حلقات الدخان واستغلالها في ألعاب حلقة الدوامة والبنادق.

يكون هناك دواماتان أو أكثر متوازية تقريبا وتدور في نفس الاتجاه فتجذب بعضهما البعض وتندمج لتشكل دوامة واحدة ويكون دورانها مساوي لمجموع دوران الدوامات الأساسية. وعلى سبيل المثال جناح طائرة في حالة الارتفاع عن الارض، مشكلة لوح من الدوامات الصغيرة في حافتها الخلفية، بعد ذلك تندمج هذه الدومات الصغيرة لتشكل دوامة قمة الجناح المستقلة، وهي أقل من وتر الجناح المتدفق من تلك الحافة. وتحدث هذه الظاهرة أيضًا مع جنيحات نشطة اخرى مثل أرياش المروحة. وفي المقابل تميل الدوامتان المتوازية بدوران معاكس إلى البقاء منفصلة مثل دوامتا قمة الجناح للطائرة.

== مصادر ==

{{مراجع}}

 

{{تصنيف كومنز|Vortices}}

{{ضبط استنادي}}

 

[[تصنيف:دوامات]]

[[تصنيف:ديناميكا هوائية]]