Weryfikacja wiru

W latach 60., głównie za sprawą profesora inżynierii mechanicznej z MIT Aschera Shapiro ’38, PhD ’46, świat urzekło pytanie, jak odpływa wanna.

Harold Edgerton uchwycił ten widok z boku wodnego wiru w 1939 roku. Ponad dwie dekady później Ascher Shapiro zademonstrował efekt Coriolisa w skali wanny.

Naukowcy byli świadomi, że obrót Ziemi zmienia trajektorię obiektów w ruchu. Zjawisko to powoduje, że niskociśnieniowe systemy pogodowe skręcają się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara na półkuli północnej i zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli południowej. Efekt Coriolisa, jak wiadomo, był od dawna dobrze udokumentowany na tak dużą skalę.

Ale pomimo wcześniejszych prób nikt nie wykazał, że efekt – po raz pierwszy opisany w 1835 roku przez francuskiego inżyniera i matematyka Gustave-Gasparda Coriolisa – działa również w bardzo małych skalach. Chociaż teoretycznie powinien wpływać na odpływ wody w wannie przez odpływ, uważano, że efekt Coriolisa jest zbyt mały, by go zobaczyć.

W 1962 roku, w tym samym roku, w którym Watson i Crick otrzymali Nagrodę Nobla za odkrycie podwójnej helisy, Shapiro przeprowadził skomplikowany test, aby raz na zawsze wykazać, że efekt Coriolisa można w rzeczywistości zobaczyć w skali zwykłej domowej łazienki.

W swoim eksperymencie Shapiro użył okrągłej, płaskodennej wanny z wyśrodkowanym otworem spustowym o średnicy trzech ósmych cala, do którego przymocował 20-metrowy wąż, zatkany na końcu zatyczką. Napełnił zbiornik głęboki na sześć cali czystą wodą o temperaturze pokojowej.

Małe zmiany — ruch powietrza, zmiana temperatury, zaburzenie powierzchni — tworzą prądy wyporu, które przysłaniają efekt Coriolisa. Dlatego Shapiro zrobił wiele majsterkowiczów, aby wyeliminować te możliwe źródła zakłóceń – na przykład przykrył zbiornik arkuszem plastiku, aby nie dopuścić do przepływu powietrza, i dokładnie kontrolował temperaturę w pomieszczeniu. Napełnił również zbiornik, obracając wodę zgodnie z ruchem wskazówek zegara, tak że gdyby woda spłynęła w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, kierunek nie byłby zależny od sposobu napełnienia zbiornika.

Po 24 godzinach odpuszczenia wody, Shapiro ostrożnie wyciągnął korek z końca węża, delikatnie umieszczając nad odpływem mały pływak wykonany z dwóch skrzyżowanych kawałków drewna o długości cala. Całkowite opróżnienie wanny zajęło około 20 minut. Przez pierwsze 12-15 minut pływak pozostawał nieruchomy. Potem zaczął się prawie niezauważalnie obracać w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, osiągając prędkość maksymalną około jednego obrotu na trzy do czterech sekund.

Udowodnienie, że efekt Coriolisa można wykryć w zbiorniku wielkości wanny, aczkolwiek w dokładnie kontrolowanych warunkach, było niezwykłym osiągnięciem. Na 42° szerokości geograficznej MIT efekt wynosił zaledwie trzydzieści milionowych wartości grawitacji, która jest tak mała, że ​​zostanie zniwelowana przez różnice w napełnieniu, a nawet temperatury i zanieczyszczenia wody, donosi jedna z wielu gazet i czasopism opisujących eksperyment.

Wyniki Shapiro zostały opublikowane w Nature i zweryfikowane przez kolegów, którzy wykorzystali jego technikę, aby zademonstrować przepływ zgodny z ruchem wskazówek zegara na półkuli południowej. Odkrycia zafascynowały ciekawską publiczność w każdym wieku. Shapiro stał się również znany z wyjaśnienia i poprawy aerodynamiki wgłębień w piłce golfowej, a także z pomocy w opracowaniu balonu wewnątrzaortalnego dla pacjentów z sercem i urządzeń do leczenia zakrzepów krwi, astmy, rozedmy i jaskry. Ale przez ponad dekadę po teście w wannie otrzymywał listy i wycinki z gazet z całego świata o tym, co nazwano kontrowersyjnym wirem w wannie.

Kilkoro uczniów zapytało, jak powtórzyć eksperyment dla projektów klasowych, podczas gdy nauczycielka z Kalifornii, która odwiedziła 87 krajów, wyznała, że ​​wyciąganie korków do wanny stało się jej hobby: ściągnąłem je z Ziemi Ognistej do Barrow na Alasce i Narwiku. Norwegia, Kapsztad i Tasmanię. Zdumiewający list od wydawcy z Pensylwanii opisywał próby wykorzystania pracy Shapiro w eksperymentach z roślinami: Próbuję teraz powtórzyć wyniki w mojej szklarni z pelargoniami. Mężczyzna z Lozanny w Szwajcarii kilkakrotnie pisał, twierdząc, że rotacja drenażu wanny jest powiązana z ciśnieniem barometrycznym. Jego trzeci list do Shapiro, który łaskawie odpowiedział na dwa pierwsze, zakończył się. Mam nadzieję, że nie masz nic przeciwko temu; Podoba mi się to.

Jak na pozornie nieistotny problem, w jego karierze pojawił się problem wanny. Kiedy zmarł w 2004 roku, pierwsza linijka jego nekrologu z Boston Globe brzmiała: Dr Ascher Shapiro chciał dowiedzieć się, jak płyny poruszają się, niezależnie od tego, czy spływają do wanny, czy przepływają przez ludzkie ciało.

ukryć