Nieuwsbrief

Blijf wekelijks op de hoogte van het beste uit De Kennis van Nu en het laatste nieuws!

Het is soms even oefenen, maar een beetje roker kan het; rookkringetjes maken. Toch was het lastig te onderzoeken hoe zo’n rookcirkel precies werkt. Met speciale laserapparatuur is het nu gelukt om onder water metingen te doen aan een vergelijkbare ‘vortex-ring’.

Hoe een vortex-ring zich precies gedraagt is interessant omdat het informatie geeft over hoe bijvoorbeeld tornado’s tot stand komen. Zo’n ring is eigenlijk een tube die in een cirkel loopt. Die tube draait, naast dat hij voorwaarts beweegt en in een cirkel draait, ook nog eens om zijn eigen as. Hierdoor krijgt de tube een kurketrekkerachtige beweging, ook wel ‘heliciteit’ genoemd. Juist deze beweging kan van een gewone storm een tornado maken.

Last van stroperigheid

Onderzoek doen naar deze heliciteit blijkt bijzonder lastig. Er kon enigszins berekend worden hoe een vortex-ring beweegt, maar alleen als er een bepaald element in de berekening werd weggelaten. Het gaat hier om de stroperigheid van materie, oftewel ‘viscositeit’.

Viscositeit is een eigenschap die bijna alle gassen en vloeistoffen hebben. De moleculen van deze stoffen hebben de neiging om ‘aan elkaar te blijven plakken’. Deze plakkerigheid beïnvloedt hoe deze materie zicht voortbeweegt, of ‘vloeit’. Honing druipt bijvoorbeeld trager van een lepel af dan melk omdat honing een hogere viscositeit heeft.

Omdat de invloed van viscositeit op de heliciteit van de ring zo complex is, kon het niet doorberekend worden. De kennis over de vortex-ringen was dus gebaseerd op ‘ideale’ omstandigheden, waarin de beweging van de ring niet beïnvloed werd door deze stroperigheid.

Metingen onder water

Met een speciale opstelling onder water hebben onderzoekers nu heel precies in kaart gebracht hoe een vortex-ring zich gedraagt, maar dan mét de invloed van de stroperigheid. In het water, dat een hogere viscositeit heeft dan gas, konden de onderzoekers traceerbare deeltjes loslaten. Deze lieten zien hoe de beweging van de moleculen werd beïnvloed. Een laserscanner registreerde heel precies de bewegingen van de deeltjes en gaf de data door aan een computer. De onderzoekers konden vervolgens precies zien hoe de heliciteit zich gedroeg.

Weinig invloed door viscositeit

De onderzoekers ontdekten dat de heliciteit weinig tot geen hinder ondervindt van de viscositeit. In normale omstandigheden, waarbij één vortex-ring werd gemaakt, bleef de ring zijn heliciteit behouden. De onderzoekers experimenteerden ook met andere situaties. Zo lieten ze twee ringen ‘bokje springen’, waarbij de ene ring door de andere ring stroomde en deze in zijn stroom meetrok. Maar ook hier werd de heliciteit amper beïnvloedt.

Bon: William T.M. Irvine et al, Science 08-2017