Keerised

Füüsikas kalduvad sarnased nähtused esinema väga erinevate mõõtkavade juures mikroskoopilisest (osades ülijuhtides) galaktikateni ning sellel puhul selline teema. Äkki läheb ka kvantfüüsikas vaja.

Üldist keeristest




Lennuki tiibade otste juures tekivad keerisejoad, mis on läbilõikes sarnased ülaloleva "suitsuingliga".

Mullirõngad on rõngasjad keerised, mis tekivad kiiresti paari sentimeetrise läbimõõduga mullidest.

Silindri ja keerise uuring. Pildil tekitati silindriga järjest rõngaskeeriseid ja tekkinud keerised neeldusid varasema keerisega suurendades selle inertsi ja muutes suunda.
Hilisema tekkega keeris levis ülaltvaates kombitsalaadsete väljakasvudega, mis kasvasid ümber varem tekkinud rõngaskeerise.

Palju pilte keeristest leiab T.T. Lim nime otsides, kes on neid laborites eri tingimustes uurinud.
Näiteid:

Pildil on vee sees saadetud üksteise vastu 2 värvitud rõngaskeerist, mis ühinevad esialgu üheks kettaks kuid seejärel selle ketta servaalast eraldub ring ning eraldunud ring haruneb keskosast ristisuunaga liikuvateks väikesteks keeristeks.

Suurema rõnga laienedes jäävad selle suuremad kogumid esialgu peenete kiududega ühendusse.
Nurga all kokku saadetud rõngaskeerised.

Külgsuunas liikuvas vees vabanev värvijuga moodustab spontaanselt keeriseid. Viimasel kahel mustvalgel pildil on lamav suitsema jäetud sigaret.
Sama liikumistrajektooriga rõngaskeerised võivad üksteisest vaheldumisi seest läbi minna muutes diameetrit vastavalt vajadusele.

Pilte mujalt

Keerised tekivad keskkonnas suhteliselt madala rõhu ümber.

Valem keskkonna jaoks, kus temperatuur ei saa mujale kanduda või kus seda ei muudeta oluliselt. Ti ja Tf on vastavalt algne ja keerise keskel olev absoluutne temperatuur kelvinites. Algne ja keerise keskel olev rõhk on vastaval pi ja pf. Gamma on keskkonnast sõltuv konstant, mis on õhu puhul 1,4. Gamma väärtus sõltub keskkonna rõhust sõltuvast soojusmahtuvusest.
Kui rõhk langeks keerise sees 2 korda, siis peaks selle sisetemperatuur langema 20% ehk toatemperatuurilt (~27 C ehk ~300 K) umbes -35 C peale. 1% rõhuerinevuse korral ~0,3% korda ehk ~1 C kraadi võrra. 10 kordse rõhu langusega jahtuks keskosa 2 korda, mis tähendaks toatemperatuurilt keerise keskel ~-120 C kraadi juurde jahtumist.

Selline alarõhuga jahtumine põhjustab lennukite järel ajutiselt veeauru külmumist aga see erineb lennukite poolt kauemaks jäetud pilveradadega kuna viimaste puhul eraldub mootoritest heitgaasides veeauru ja vee kondenseerumist kergendavaid jääkaineid.

Vabas keerises on kiireim liikumine ja pöörlemine selle keskosa juures aeglustudes eemaldudes kui keeris on isetekkeline (näiteks tühjenevas vannis). Sunnitud keerises (näiteks lusikaga segatud veega tassis) on liikumiskiirus väike selle keskel kasvades ühtlaselt keskosast eemaldudes. Rõhk on mõlemal juhul keskel madal.
Kaks või rohkem paralleelset ja sama pöörlemissuunaga keerist võivad ühineda üheks keeriseks.
Vedeliku sisetakistuse puudumisel võib keeris hüpoteetiliselt püsida lõputult.
Illsutratsioonid puulehtedega vabast ja sunnitud keerise erinevusest. Esimesel pildil on algolek mõlema näite puhul. Teisel pildil on vaba (ja seetõttu ka mittepöörlev) keeris (irrotational vortex), millel võib puududa nähtav objektide pöörlemine keskosa ümber tiireldes, sest ringi välisküljel toimuv aeglane liikumine takistab objekte piisavalt, et seespool toimuv kiirem liikumine ei suudaks kokkuvõttes näiteks vee pinnal oleva lehe orientatsiooni muuta. Kolmandal pildil on sunnitud keeris, kus väliskülje kiirem liikumine liigutab kiiremini keskosast kaugemal olevaid kohti põhjustades objekti orientatsiooni keerise keskosa suunas pööramist. Sellised sundkeerised käituvad nagu ühtsed pöörlevad objektid sarnaselt propelleri või pöörleva taldrikuna kus pinnal olevad objektid käituvad vastavalt kaasa pööreldes.

Vaba keerise kaugusest sõltuva kiiruse valem. Raadius keskosast on r, v on liikumiskiirus ja Γ on ringlus (circulation). Kuna viimane mõiste jäi häguseks, siis ei oska siin kõige olulisemat valemit selgitada kuigi kiiruse seos kaugusega on eksponentsiaalne ning sarnane seosega 1/raadius. Raadiuse kasvades väheneb liikumiskiirus.
Sunnitud keerise puhul kasvab kõvera liikumise kiirus v keskosast eemaldudes proportsionaalselt kaugusega.

Kaugus keskosast on r, ning pöörlemiskiirus radiaanis on omega sümboliga tähistatud. Omega näitab pöörlemiskiirust radiaanides sekundis. Kuna radiaan on sama pikk kui raadius, siis see moodustab ümbermõõdust sama palju (2 x pii x raadius/radiaan). Kui kõrvalisi mõjutajaid pole, siis peaks selle valemi järgi täisringi jagu liikumist toimuma iga distantsi juures sama ajaga.

Rankine'i keerise mudel üritas selgitada reaalsetes viskoossust omavate vedelike käitumist. Selle järgi on viskoosses vedelikus keskel sunnitud keeris, mille ümber on vaba keeris. Ülal pildil on tähistatud piir nende kahe vahel. Sellest väljaspool langeb liikumise kiirus eksponentsiaalselt suhtega ~1/raadius kuid selle rõnga siseosas muutub kiiruse distantsiga lineaarselt.
Mõttelise takistuseta vedeliku keskel oleks täielikult vaba keeris, mille keskel poleks aeglasema vooluga keerist ning mille keskel võib vool olla lõputult kiire.


Saare poolt tekitatud vahelduva suunaga keerised. Selliseid nähtuseid on nimetatud Kármán'i keeristeks ning nendega tuleb arvestada liikuva vee või tuulega kokku puutuvates struktuurides. Teatud kiiruse juures ajab see autoantenni rohkem võbelema ja ka kõrgete korstende ja pilvelõhkujate puhul võivad need riskantseid liikumisi põhjustada. 1940ndatel võis see nähtus lõhkuda tagantjärele kuulsaks saanud silla, mis hakkas tuules tugevalt kiikuma kuni ära lagunes.

Helmholtz'i teoreemid kirjeldavad sisemise takistusega või väheolulise takistusega vedelikus asuva keerise filamentide (keerise keskosa) käitumist.
Esimene teoreem: keerise filamendi jõud on ühtlane üle kogu selle pikkuse.
Teine teoreem: keerise filament ei saa lõppeda vedelikus vaid peab ulatuma vedeliku pinnale või moodustama rõnga.
Omamoodi energia säilivuse seadusena kiireneb pöörleva objekti pöörlemiskiirus selle diameetri vähenemisel ning aeglustub laienedes.

Kesktõmbejõud on jõud, mis tõmbab ringjalt liikuvaid objekte ringi keskpunkti suunas ja võib-olla sobib see keerise keskosa poole tõmbava jõuna.


Jõud on F, r on ringi raadius, m on mass ja ac on kiirendus (meetrit sekundis) keskosa suunas.

Esialgu jäid selgitused poolikuks, sest ma pole vektorkorrutisi, integraale ja differentsiaalvõrrandeid endale selgeks teinud kuigi neid läheb järjepidevalt vaja paljude lainetes ning keeristes toimuvate asjade kirjeldamiseks-mõistmiseks. Pealegi aatomi siseosad käituvad kõik osaliselt lainena.

Midagi kiirendisensoritest

Kiirendites paistab sensorisse jõudnud osakeste liikumise juures tihti keerise laadsete trajektooride teket, mis tiirlevad energiat kaotades järjest väiksemaid ringe tehes.
Sarnaselt rõngaskeeristega on kohati näha kahe vastassuunas pöörava raja teket. Kiirendatud osakesed liikusid alt üles. Need pöördumissuunad on samad, mida leiaks õhus kui õhusammas tõuseks järsult ja selle ümber tekiks samade pöörlemissuundadega keerised. Vasakule poole jääv pöörduks vastupäeva ja paremale poole jääv liiguks kellaosuti suunas.


Kuigi teised spiraalid paistavad sirged, on pildi suurim keeris nagu iseendast peenemana uuesti läbi läinud kui see just kõverdunud pole.



Näitena sündmuste mõõtkavast on viimane sensoripilt saadud 1,8 meetrisest mullikambrist.