211service.com
Ověření Vortexu
V 60. letech 20. století, především díky profesorovi strojního inženýrství z MIT Ascheru Shapirovi ’38, PhD ’46, svět uchvátila otázka, jak se vana vypouští.
Harold Edgerton zachytil tento boční pohled na vodní vír v roce 1939. O více než dvě desetiletí později předvedl Ascher Shapiro Coriolisův efekt na stupnici vany.
Vědci si byli vědomi, že rotace Země mění trajektorii pohybujících se objektů. Tento jev způsobuje, že se nízkotlaké meteorologické systémy otáčí proti směru hodinových ručiček na severní polokouli a ve směru hodinových ručiček na jižní polokouli. Coriolisův efekt, jak je známo, byl dlouho dobře zdokumentován v tak velkém měřítku.
Navzdory předchozím pokusům však nikdo neprokázal, že tento efekt – poprvé popsaný v roce 1835 francouzským inženýrem a matematikem Gustavem-Gaspardem Coriolisem – funguje i ve velmi malých měřítcích. Ačkoli by teoreticky měl ovlivnit výstup vody z koupele odtokem, Coriolisův efekt byl považován za příliš malý, aby jej bylo možné vidět.
V roce 1962, ve stejném roce, kdy Watson a Crick obdrželi Nobelovu cenu za objev dvojité šroubovice, Shapiro připravil propracovaný test, aby se jednou provždy pokusil ukázat, že Coriolisův efekt lze ve skutečnosti vidět v měřítku. běžné domácí koupelny.
Pro svůj experiment Shapiro použil kruhovou vanu s plochým dnem se středovým odtokovým otvorem o průměru tři osminy palce, ke kterému připojil 20 stop dlouhou hadici, na konci uzavřenou zátkou. Naplnil nádrž šest palců hlubokou čistou vodou pokojové teploty.
Malé změny – pohyb vzduchu, změna teploty, narušení povrchu – vytvářejí vztlakové proudy, které zastiňují Coriolisův efekt. Shapiro se tedy hodně snažil, aby odstranil tyto možné zdroje rušení – přikryl nádrž plastovou fólií, aby například zabránil proudění vzduchu, a pečlivě kontroloval teplotu v místnosti. Nádrž naplnil také vířením vody ve směru hodinových ručiček, takže pokud by voda vytékala proti směru hodinových ručiček, směr nebyl ovlivněn tím, jak byla nádrž naplněna.
Po 24 hodinách, kdy nechal vodu usadit, Shapiro opatrně vytáhl zátku z konce hadice a nad odtok opatrně umístil malý plovák vyrobený ze dvou zkřížených kousků dřeva dlouhých palec. Trvalo asi 20 minut, než se vana úplně vypustila. Prvních 12 až 15 minut zůstal plovák nehybný. Poté se začal téměř neznatelně otáčet proti směru hodinových ručiček a dosahoval maximální rychlosti přibližně jedné otáčky každé tři až čtyři sekundy.
Dokázat, že Coriolisův efekt lze detekovat v nádrži velikosti vany, i když za pečlivě kontrolovaných podmínek, bylo pozoruhodným úspěchem. Na 42° zeměpisné šířce MIT byl účinek pouze třicetimiliontin gravitace, což je tak malý účinek, že bude překonán náplní a dokonce i teplotními rozdíly a nečistotami vody, uvedl jeden z mnoha novin a časopisů, které se zabývaly experimentem.
Shapirovy výsledky byly publikovány v Nature a ověřeny kolegy, kteří použili jeho techniku k demonstraci proudění ve směru hodinových ručiček na jižní polokouli. Nálezy fascinovaly zvědavou veřejnost všech věkových kategorií. Shapiro se také stal známým pro vysvětlení a zlepšení aerodynamiky důlků golfového míče, stejně jako pro pomoc při vývoji intraaortálního balónku pro pacienty se srdcem a zařízení pro léčbu krevních sraženin, astmatu, emfyzému a glaukomu. Ale více než deset let po testu ve vaně dostával dopisy a výstřižky z novin z celého světa o tom, čemu se říkalo spor o vanovém víru.
Několik studentů se zeptalo, jak zopakovat experiment pro třídní projekty, zatímco kalifornská učitelka, která navštívila 87 zemí, přiznala, že vytahování zástrček do vany se pro ni stalo koníčkem: Vytáhl jsem je z Ohňové země do Barrow na Aljašce a do Narviku, Norsko, Kapské město a Tasmánie. Zmatený dopis jednoho pensylvánského vydavatele popisoval pokusy použít Shapirovu práci při experimentech s rostlinami: Snažím se nyní duplikovat výsledky ve svém skleníku s muškáty. Muž z Lausanne ve Švýcarsku několikrát napsal a trval na tom, že rotace vypouštění vany souvisí s barometrickým tlakem. Jeho třetí dopis Shapirovi, který laskavě odpověděl na první dva, skončil, doufám, že vám to nevadí; užívám si to.
Pro zdánlivě bezvýznamný problém se v jeho kariéře rýsoval velký problém s vanou. Když v roce 2004 zemřel, první řádek jeho nekrologu Boston Globe zněl: Dr. Ascher Shapiro chtěl získat kontrolu nad tím, jak se tekutiny pohybují, ať už víří odtokem z vany nebo protékají lidským tělem.