Естественные водовороты, похожие на тот, что показан на снимке внизу, образуются в океанах, течениях и реках. Причиной образования водоворотов является взаимодействие приливных и других течений, либо наличие тел, отклоняющих водный поток.
Однако водовороты могут также формироваться тогда, когда значительные объемы воды, например, в раковинах или ваннах, сливаются через донный водосток и вода течет вниз по спирали.
Такой водоворот, называющийся в технике вихрем, является результатом движения отдельных молекул, из которых состоит жидкость. Вихреобразование связано с действием двух факторов — скорости и вязкости (сопротивления течению), влияние которых шаг за шагом разъяснено на рисунках и схемах ниже.
Трение и вязкость
На секторной диаграмме (рисунки ниже) прослежено положение молекул воды после того, как они начали перемещаться. Сила тяжести тянет вниз молекулы воды, расположенные наиболее близко к сливному отверстию. Вязкость препятствует силе тяжести, а силы трения действуют на соседние молекулы воды так, что они выстраиваются в линию и начинают двигаться гуськом.
Когда открывается сливное отверстие, расположенные непосредственно над ним молекулы воды под действием силы тяжести перемещаются вниз. Одновременно с этим силы вязкости заставляют молекулы двигаться в горизонтальном направлении.
Как только часть воды начинает двигаться по спирали, в это движение вовлекаются и другие молекулы воды. Чем ближе частицы жидкости находятся к сливному отверстию, тем выше их скорость. Те, что находятся дальше всего от центра, перемещаются наиболее медленно.
Вода, перемещающаяся по спирали в сливное отверстие, формирует над ним воронку, центральная часть которой заполняется воздухом.
По мере снижения уровня воды в раковине воздушный столб проникает глубже в трубу. Развитие вихря продолжается до тех пор, пока вся вода не сольется.
Фрикционное течение
Вода между двумя цилиндрами следует вращению внутреннего цилиндра, перемещаясь вблизи его поверхности быстрее, чем вдали от нее. Различие в скорости приводит к образованию волн. По мере того как медленные струйки воды захватываются быстрыми, происходит формирование небольших вихрей.
