211service.com
Verificering af en Vortex
I 1960'erne, hovedsageligt takket være MIT maskiningeniørprofessor Ascher Shapiro '38, PhD '46, blev verden betaget af spørgsmålet om, hvordan et badekar dræner.
Harold Edgerton fangede dette sidebillede af en vandhvirvel i 1939. Mere end to årtier senere ville Ascher Shapiro demonstrere Coriolis-effekten i badekarskala.
Forskere var klar over, at Jordens rotation ændrer banen for objekter i bevægelse. Dette fænomen får lavtryksvejrsystemer til at dreje mod uret på den nordlige halvkugle og med uret på den sydlige halvkugle. Coriolis-effekten, som den er kendt, havde længe været veldokumenteret i så store skalaer.
Men trods tidligere forsøg havde ingen vist, at effekten – først beskrevet i 1835 af den franske ingeniør og matematiker Gustave-Gaspard Coriolis – også virker i meget små skalaer. Selvom det i teorien burde påvirke badevandets udgang gennem et afløb, blev Coriolis-effekten anset for at være for lille til at se.
I 1962, samme år som Watson og Crick modtog deres Nobelpris for opdagelsen af den dobbelte helix, lavede Shapiro en omfattende test for én gang for alle at prøve at vise, at Coriolis-effekten faktisk kunne ses på skalaen. af et almindeligt husholdningsbadeværelse.
Til sit eksperiment brugte Shapiro et cirkulært, fladbundet kar med et centreret drænhul på tre ottendedele af en tomme i diameter, hvortil han fastgjorde en 20 fod lang slange, tilstoppet med en prop i enden. Han fyldte tanken seks tommer dyb med rent, stuetemperatur vand.
Små variationer – luftbevægelser, en temperaturændring, en overfladeforstyrrelse – skaber opdriftsstrømme, der overskygger Coriolis-effekten. Så Shapiro puslede meget for at udelukke disse mulige kilder til interferens - dækkede tanken med et ark plastik for at holde luftstrømme ude, for eksempel og kontrollerede omhyggeligt rummets temperatur. Han fyldte også tanken ved at hvirvle vand ind med uret, så hvis vandet drænede mod uret, ville retningen ikke have været påvirket af, hvordan tanken blev fyldt.
Efter at have ladet vandet falde i 24 timer, trak Shapiro forsigtigt proppen fra enden af slangen, og placerede forsigtigt over afløbet en lille flyder lavet af to krydsede stykker træ på en tomme lang. Det tog omkring 20 minutter for karret at dræne helt. I de første 12 til 15 minutter forblev flyderen ubevægelig. Så begyndte den at rotere næsten umærkeligt, mod uret, og nåede en tophastighed på cirka en omdrejning hvert tredje til fjerde sekund.
At bevise, at Coriolis-effekten kan påvises i en tank på størrelse med badekar, omend under nøje kontrollerede forhold, var en bemærkelsesværdig præstation. På MIT's breddegrad på 42° var effekten kun tredive-milliontedele af tyngdekraften, som er så lille, at den vil blive overvundet af fyldning og endda temperaturforskelle og vandurenheder, rapporterede en af mange aviser og tidsskrifter, der dækkede eksperimentet.
Shapiros resultater blev offentliggjort i Nature og verificeret af kolleger, der brugte hans teknik til at demonstrere et flow med uret på den sydlige halvkugle. Resultaterne fascinerede en nysgerrig offentlighed i alle aldre. Shapiro ville også blive kendt for at forklare og forbedre aerodynamikken i golfbolde fordybninger, samt for at hjælpe med at udvikle intra-aorta ballonen til hjertepatienter og apparater til behandling af blodpropper, astma, emfysem og glaukom. Men i mere end et årti efter badekartesten ville han modtage breve og avisudklip fra hele verden om det, der blev kaldt badekarhvirvelkontroversen.
Flere elever spurgte, hvordan man gentog eksperimentet for klasseprojekter, mens en californisk skolelærer, der havde besøgt 87 lande, indrømmede, at det at trække badekarspropper var blevet en hobby for hende: Jeg har trukket dem fra Tierra del Fuego til Barrow, Alaska og Narvik, Norge, til Capetown og Tasmanien. Et forvirrende brev fra en Pennsylvania-udgiver beskrev forsøg på at bruge Shapiros arbejde i eksperimenter med planter: Jeg forsøger at duplikere resultater nu i mit drivhus, med geranier. En mand fra Lausanne, Schweiz, skrev flere gange og insisterede på, at rotation af badekarrets dræning var forbundet med barometertryk. Hans tredje brev til Shapiro, som elskværdigt havde svaret på de to første, sluttede, jeg håber ikke, du har noget imod dette; Jeg nyder det.
For et tilsyneladende ubetydeligt problem var badekarspørgsmålet stort i hans karriere. Da han døde i 2004, lød den første linje i hans Boston Globe nekrolog: Dr. Ascher Shapiro ønskede at få styr på, hvordan væsker bevæger sig, uanset om de hvirvlede ned i badekarrets afløb eller strømmede gennem menneskekroppen.