anillo de vórtice
Un anillo de vórtice , también llamado vórtice toroidal , es un vórtice en forma de toro en un fluido o gas ; es decir, una región donde el fluido gira principalmente alrededor de una línea de eje imaginario que forma un circuito cerrado. Se dice que el flujo dominante en un anillo de vórtices es toroidal , más precisamente poloidal . [ aclaración necesaria ]
Los anillos de vórtice abundan en los flujos turbulentos de líquidos y gases, pero rara vez se notan a menos que el movimiento del fluido sea revelado por partículas suspendidas, como en los anillos de humo que los fumadores suelen producir intencional o accidentalmente. Los anillos de vórtice de fuego también son un truco comúnmente producido por los comedores de fuego . Los anillos de vórtices visibles también pueden formarse por el disparo de cierta artillería , en forma de hongos y en microrráfagas . [1] [2]
Un anillo de vórtice generalmente tiende a moverse en una dirección que es perpendicular al plano del anillo y de tal manera que el borde interior del anillo se mueve más rápido hacia adelante que el borde exterior. Dentro de un cuerpo estacionario de fluido, un anillo de vórtice puede viajar una distancia relativamente larga, llevando consigo el fluido giratorio.
En un anillo de vórtice típico, las partículas de fluido se mueven en trayectorias aproximadamente circulares alrededor de un círculo imaginario (el núcleo ) que es perpendicular a esas trayectorias. Como en cualquier vórtice, la velocidad del fluido es aproximadamente constante excepto cerca del núcleo, por lo que la velocidad angular aumenta hacia el núcleo y la mayor parte de la vorticidad (y, por lo tanto, la mayor parte de la disipación de energía) se concentra cerca de él. [ cita requerida ]
A diferencia de una ola marina , cuyo movimiento es solo aparente, un anillo de vórtice en movimiento en realidad transporta el fluido giratorio. Así como una rueda giratoria reduce la fricción entre un automóvil y el suelo, el flujo poloidal del vórtice reduce la fricción entre el núcleo y el fluido estacionario que lo rodea, permitiéndole viajar una gran distancia con relativamente poca pérdida de masa y energía cinética, y pequeños cambios en tamaño o forma. Por lo tanto, un anillo de vórtice puede transportar masa mucho más lejos y con menos dispersión que un chorro de fluido. Eso explica, por ejemplo, por qué un anillo de humo sigue viajando mucho tiempo después de que el humo extra se haya detenido y dispersado. [3] Estas propiedades de los anillos de vórtice se explotan en la pistola de anillo de vórtice para el control de disturbios yjuguetes de anillo de vórtice como los cañones de vórtice de aire . [4]
La formación de anillos de vórtice ha fascinado a la comunidad científica durante más de un siglo, comenzando con William Barton Rogers [5], quien realizó observaciones contundentes del proceso de formación de anillos de vórtice de aire en el aire, anillos de aire en líquidos y anillos de líquido en líquidos. En particular, William Barton Rogers hizo uso del sencillo método experimental de dejar caer una gota de líquido sobre una superficie líquida libre; una gota de líquido de color que cae, como leche o agua teñida, formará inevitablemente un anillo de vórtice en la interfaz debido a la tensión superficial .
