science >> Wetenschap >  >> Natuur

Bizarre wolkenpatronen:Kármáns wervelingen veroorzaakt door luchtwikkeling rond hoge eilanden

Krediet:NASA

Dit is een afbeelding van enkele van de eilanden die deel uitmaken van de natie Kaapverdië. Terwijl de meeste in die groep van tien eilanden plat zijn, sommige zijn erg lang:Fogo, Santa Antão, en Sao Nicolau. Die drie staan ​​ver boven hun landgenoten, waarbij Fogo een hoogte van 2 bereikt, 829 meter (9, 281 voet).

De drie hoge vulkanische eilanden werken soms samen met de wind om von Kármán-draaikolken te creëren, ook wel von Kármán vortex straten genoemd.

De draaikolken worden zichtbaar wanneer wolken ontstaan, het creëren van een bijna lab-perfect voorbeeld van het von Kármán-effect. Terwijl de wind langs de toppen waait, de stroming wisselt rond de zijkanten van de piek. Die oscillatie creëert afwisselende wervelingen rond het object.

Een fenomeen genaamd vortex shedding is verantwoordelijk voor het effect. Vortex shedding treedt alleen op bij bepaalde windsnelheden, en alleen als het lichaam waar de wind langs waait niet gestroomlijnd is, zoals de toppen op de foto.

De von Kármán vortex platen zijn vernoemd naar de wiskundige, natuurkundige, en ruimtevaartingenieur Theodore von Kármán. Hij was betrokken bij luchtvaart en ruimtevaart en was verantwoordelijk voor belangrijke vorderingen in het begrijpen van supersonische en hypersonische stromen. Hij was joods en kwam oorspronkelijk uit Oostenrijk-Hongarije, werkte daarna aan een universiteit in Duitsland. Hij vluchtte vanuit Europa naar de VS uit bezorgdheid over de opkomst van het nazisme in Duitsland. Hij kwam terecht bij het California Institute of Technology (Caltech).

  • Deze afbeelding toont von Kármán-wolken die zich vormen nabij het Noorse Jan Mayen-eiland in de Groenlandse Zee in de Noord-Atlantische Oceaan. Ze vormen zich wanneer de wind langs de Beerenberg-vulkaan stroomt, een met sneeuw bedekte top aan de oostkant van het eiland die 2,2 kilometer (1,4 mijl) boven het zeeoppervlak uitsteekt. Krediet:Jeff Schmaltz, LANCE/EOSDIS MODIS Snelle reactie.

  • Dit MODIS-beeld is afkomstig van NASA's Operational Land Imager op zijn Landsat 8-satelliet. Het toont Mawson Peak, op het Australische grondgebied van Heard Island. De wind waait soms voorbij de 2745 meter hoge top en creëert von Kármán vortex platen. Krediet:Jeff Schmaltz, LANCE/EOSDIS snelle reactie

  • Deze schoorstenen zijn voorzien van gangen om de vorming van wervelingen te voorkomen. Image Credit:door Greditdesu - Met mijn Canon IXUS 105, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=18741199

Hoewel deze kenmerken al eerder waren waargenomen, von Kármán was de eerste die ze wiskundig beschreef. Zoals hij zei, "Ik ontdekte dat alleen de antisymmetrische opstelling stabiel kon zijn, en alleen voor een bepaalde verhouding van de afstand tussen de rijen en de afstand tussen twee opeenvolgende wervelingen van elke rij."

De beelden van deze koele wolkenvormen zijn gemaakt door NASA's Terra-satelliet en zijn MODIS-instrument (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer). Terra is de vlaggenschipsatelliet in NASA's Earth Observing System. Ze werden gevangen genomen op 20 december, 2020.

Satellieten hebben andere voorbeelden van von Kármán-vortexstraten vastgelegd. Ze hebben ze gezien in de Groenlandse Zee, in de Indische Oceaan, en elders.

Von Kármán vortexstraten vormen zich niet alleen rond bergtoppen. Ze kunnen zich vormen rond elektrische en communicatiedraden, rond autoantennes, en rond gebouwen, schoorstenen, en bruggen. de oscillatie, echter, is ongewenst, en ingenieurs hebben manieren bedacht om de luchtstroom te verstoren en te voorkomen dat ze zich vormen. Soms zetten ze vinnen of gangen op constructies om het oscillerende patroon te doorbreken.