Předepisuje fyzika směr vodního víru?

Příroda čaruje - a točí vodou, která mizí v odpadu - téměř vždy stejným směrem. Na severní polokouli směrem doprava a na jižní doleva. Nebo je to úplně jinak? (délka blogu 3 min.)

Voda, která vytéká do odpadu, vytváří dříve nebo později vodní vír. Traduje se, že na severní polokouli takové víry míří doprava a na jižní směrem doleva. Ve skutečnosti je to ale pravda jen napůl. Směr, kterým rotuje vodní vír, určuje sice fyzika, vliv na něj má ale ledacos - nejméně pak geografická poloha.

Coriolisova síla

Zeměpisná poloha má někdy opravdu značný vliv. Může za to - tzv. Coriolisova síla.

Coriolisova síla

patří mezi zdánlivé síly - je to setrvačná síla působící na tělesa, která se pohybují v rotující soustavě. Takovou soustavou je například i naše Země, která se otáčí kolem své osy. Útvary, které pohybují po jejím povrchu, musí nutně také ochutnat její působení. 

Pokud se díky pohybu tělesa mění jeho vzdálenost od osy (centra) otáčení, působí na něj síla, která je kolmá na spojnici mezi tělesem a osou.

Při pohybu směrem ke středu (ose) působí Coriolisova síla ve směru otáčení. Při pohybu od středu naopak proti směru otáčení.

Tato síla způsobuje například charakteristické chování tlakových výší a níží v naší atmosféře.

Pokud to tedy funguje u tlakových níží a výší, jistě Coriolisova síla působí i na vír, který se tvoří v odtoku vany, jak by se mohlo zdát. Je to ale fyzikální klam.

Coriolisova síla a vír ve vaně

Ve skutečnosti mají totiž na směr, kterým se bude otáčet voda při opuštění vaší vany, vliv úplně jiné faktory.

O tom, jestli mají na jev vliv spíše lokální podmínky nebo Coriolisova síla, svědčí tzv. Rossbyho číslo. Je to v podstatě poměr mezi setrvačnou silou a Coriolisovou sílou.

Ze vzorce pro Rossbyho číslo vyplývá, že je přímo úměrné charakteristické rychlosti (daného jevu) a nepřímo jeho velikosti.

V praxi to znamená, že takový atmosférický jev jakým je například tornádo, vykazuje díky vysokým rychlostem i vysoké Rossbyho číslo (typicky kolem 1000). Tlaková níže s obřími rozměry pro změnu bude mít Rossbyho číslo menší než 1.

U jevů, které se charakterizují vysokým Rossbyho číslem, je vliv Coriolisovy síly minimální.

Vodní vír ve výlevce můžeme bez obav zařadit k “velice malým jevům” - rozhodně jsou jeho rozměry daleko menší než rozměry typické pro tlakovou níži nebo výši v atmosféře. Už z tohoto důvodu je jeho Rossbyho číslo hodně vysoké.

Co má tedy vliv na vodní vír u vany?

Coriolisova síla tu působí díky malým rozměrům jevu - jen velice slabě. Teoreticky by mohla přesto mít možnost, aby se uplatnila - ve výlevce by ovšem musely panovat ideální poměry. Takové se najdou v reálném životě jen zřídka. Voda by musela být například absolutně klidná a geometrie výlevky by musela být optimalizovaná.

V reálném životě se to nestává - a tak mají na směr víru, který se tvoří po vytažení špuntu od výlevky, vliv různé lokální faktory. Může se stát, že převáží vliv geometrie samotné vany nebo výlevky a umístění výpustě - a pak se skutečně mohou tvořit víry, které pravidelně rotují stejným směrem. Může to pak dělat dojem, že se víry řídí geografickou polohou - je to ale pouze jeden z mnoha fyzikálních klamů.

Víry ve výlevkách všude na Zeměkouli mohou být jak pravotočivé tak levotočivé. Kdyby se opravdu řídily pouze Coriolisovou silou, musela by voda přímo na rovníku odtékat z výlevky bez tvorby víru. A to se - prokazatelně - nestává.