Kvervel

Ein kvervel (bokmål virvel) er ei roterande, ofte turbulent, væskerørsle. Alle spiralrørsler med lukka straumlinjer er kvervelstraumar. Rørsla til ei væske som kvervlar raskt rundt eit senter vert kalla ein kvervel. Hastigheita og rotasjonsfarten til væska er størst nær senteret og minkar gradvis bort frå senteret.

Eigenskapar

Kvervlar har nokre spesielle eigenskapar:

Væsketrykket i ein kvervel er lågast nær senteret (der hastigheita er størst) og stig gradvis bort frå senteret. Dette følgjer av bernoulli-prinsippet. Kjernen i ein luftkvervel er stundom synleg fordi ei søyle med vassdamp kondenserer på grunn av det låge trykket i kjernen. Den traktforma skya rundt ein tornado er eit klassisk og frykta døme på ein synleg kjerne i ein kvervel. Ein støvkvervel er òg kjernen i ein kvervel der støv vert trekt oppover av den turbulente luftstraumen frå bakken og inn mot det lågaste trykket i senteret.
Kjernen i alle kvervlar kan reknast å ha ei kvervellinje og kvar partikkel i kvervelen kan reknast å rotere rundt denne kvervellinja. Kvervelinjer kan starte og slutte ved grenseflatene til væska eller danna lukka sløyfer. Dei kan ikkje starte eller slutte i væska (sjå Helmholtz-teorema.) Kvervlar bøyer seg lett av og festar seg til ei fast flate. Til dømes dannar det seg ofte ein kvervel føre ein propell eller ein jetmotor til eit saktegåande fly. Eine enden av kvervellinja er festa til propellen eller jetmotoren, men når flyet taksar festar den andre enden av kvervellinja seg til bakken i staden for å ende i lause lufta. Kvervelen kan suge til seg vatn og små steinar inn i kjernen og så inn i propellen eller jetmotoren.
To eller fleire kvervlar som er tilnærma parallelle eller roterer i same retning, vil smelte saman til ein enkel kvervel. Sirkulasjonen til ein samanslått kvervel er lik summen av sirkulasjonane til kvar enkel kvervel. Til dømes vil det danne seg ei rekkje små kvervlar langs bakenden av ei vengje eller ein flypropell, men mindre enn ei vengjekorde bakover vil desse små kvervlane ha danna ein enkelt kvervel. Om ein ser eit fly bakfrå, kan ein sjå ein vengjekvervel på venstre vengjetupp som roterer med klokka og ein kvervel på høgre vengjetupp som roterer mot klokka. Desse to kvervlane slår seg ikkje saman bak flyet fordi dei roterer i motsette retningar og dannar eit nedsveip av luft bak flyet.
Kvervlar inneheld mykje energi i den roterande rørsla til ei væske. I ei ideell væske kan ikkje denne energien forsvinne og kvervelen vil vare i all eve. I røynda har verkelege væsker viskositet, slik at energien sakte forsvinn frå kjernen av kvervelen. Det er berre gjennom dissipasjon av kvervelen på grunn av viskositet at ei kvervellinje kan slutte midt i væska i staden for langs ei grenseflate. Til dømes vil vengjekvervlar frå fly sakte forsvinne og halde seg i lufta lenge etter at flyet har passert (såkalla wake turbulence). Dette er ein fare for andre fly som kjem bakom.

Dynamikk

Ein kvervel kan vere alle rotasjonsrørsler med kvervling. Kvervling er eit matematisk omgrep nytta i væskedynamikk. Det kan vere knytt til «rotasjonsmengda» i ei væske. I væskedynamikk er kvervling rotasjonen per einingsareal til eit punkt i væskefeltet. Det er ein vektorstorleik som har retning (om lag) langs rotasjonsaksen. I væskedynamikk kan ein òg seie at rørsla til væska er kvervlande om ei væske har rørsle i ein sirkel, i ein heliks eller roterer rundt ein akse. Slik rørsle kan òg kallast solenoidalt. I meteorologi er kvervlinga ein eigenskap ved storskala luftrørsler. Sidan den atmosfæriske sirkulasjonen nesten er horisontal er den (tredimensjonale) kvervlinga nesten vertikal og det er vanleg å nytte den vertikale komponenten som ei skalar kvervling. Matematisk er kvervlinga ${\vec {\omega }}$ definert som curlen til væskehastigheita ${\vec {\mathit {u}}}$ :

{\vec {\omega }}=\nabla \times {\vec {\mathit {u}}}.

Forskjellige kvervlar

I hydrodynamisk tolking av eit elektromagnetisk felt dannar akselerasjonen til ei elektrisk væske i ei viss retning ein positiv kvervel i magnetvæska. Dette skapar igjen ein tilsvarande negativ kvervel i den elektriske væska.
Røykring: Ein ring av røyk som varer overraskande lenge. Dette syner kor seint viskositeten dissiperer energien til kvervelen.
Kvervelstraum: roterande vatn skapt av tidvatn i havet eller eit hol under kvervelen der vatnet renn ut, som i eit badekar. Ein stor og kraftig kvervelstraum vert kalla ein malstraum.
Tornado: ein kraftig vind som ein ser som ei traktforma sky. Ein mindre og svakare utgåve av ein tornado over vatn vert kalla ei skypumpe.
Tropisk orkan: ein langt større rotasjon av skyer som er skapt av varmt havvatn som fordampar og som vert påverka av jordrotasjonen.
Polarkvervel: ein vedvarande, storskala syklon rundt polane på jorda.
Solflekk: eit mørkt område på soloverflata (fotosfæren) med lågare temperatur enn omgjevnadane og intenst magnetisk aktivitet.
Spiralgalakse: ein galaksetype i Hubbel-rekkja forma som ei tynn, roterande plate. Mjølkevegen er ein slik galakse.

Sjå òg

Kjelder

Denne artikkelen bygger på «Vortex» frå Wikipedia på engelsk, den 9. mars 2010.
- Wikipedia på engelsk oppgav desse kjeldene:
- "Weather Glossary Arkivert 2002-10-25 ved Wayback Machine."' The Weather Channel Interactive, Inc.. 2004.
- "Glossary og Abbreviations Arkivert 2005-09-20 ved Wayback Machine.". Risk Prediction Initiative. The Bermuda Biological Station for Research, Inc.. St. George's, Bermuda. 2004.
- Loper, David E., "An analysis of confined magnetohydrodynamic vortex flows". Case Institute of Technology. Washington, National Aeronautics og Space Administration; for sale by the Clearinghouse for Federal Scientific og Technical Information, Springfield, Va. 1966. (NASA contractor report NASA CR-646) LCCN 67060315
- Batchelor, G. K. (1967), An Introduction to Fluid Dynamics, Cambridge Univ. Press, Ch. 7 et seq

Bakgrunnsstoff

Optiske virvlar
Skap virvlar
Dust Devil-film - eit kort filmklipp som viser mange virvlar
Video av to vassvirvlar som kolliderer Arkivert 2005-12-09 ved Wayback Machine. (MPEG)