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コーヒーとミルクで流れを見る3(ストローの後ろ)

まずは見てみよう!

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どんな実験?

実験手順と種あかし

  • コーヒーにミルクを浮かべて流れの様子を観察してみましょう。
  • ストローを動かすとその後ろに循環する流れ(渦)ができ、この現象を「はく離」といいます。ストロー以外でも丸い棒(円柱)を動かすと同じような流れになります。
  • はく離で発生した渦(はく離渦)は次々にストローから離れていきます。このとき右回転と左回転の渦が交互に発生しています。このように規則的に、同じ時間間隔で交互の渦が発生したものを「カルマン渦列」といいます。
  • カルマン渦列は、しばしば音や物体の揺れ(振動)を発生させることがあります。強い振動が続くとその物体が壊れ、事故につながる場合もあります。
  • この実験動画のように流れを目に見えるようにする技術を「流れの可視化」といいます。流体力学の研究や開発でしばしば用いられています。
  • なお、実験が終わった後、使ったコーヒーはスタッフでおいしくいただきました。
【注意】

「カルマン渦列」は流れが常に変動していて乱れた流れなので、「乱流」だと思っている人は多いと思います。しかし、「一見乱れた流れ」と「乱流」は別のものです。「カルマン渦列」は規則的に渦が発生し、それぞれの渦の構造が均一です。そのため通常の「カルマン渦列」は「層流」の場合に発生します。「乱流」の場合にも物体の後方に交互に渦構造ができることもありますが、同じ時間間隔で規則性が強い、渦構造が均一な典型的な「カルマン渦」は「層流」の場合に発生します。

この実験動画の流れは「層流」であり、ミルクの線がはっきり残っていることから確認できます。「乱流」とは肉眼では見ることができないくらいミクロな流れの変動がある流れを指します。
【キーワード】 はく離、カルマン渦列、流れの可視化
【関連項目】

コーヒーとミルクで流れを見る1コーヒーとミルクで流れを見る21円玉を水に沈める

【参考】 石綿良三「図解雑学流体力学」ナツメ社、P68−69、P198−199.
日本機械学会編「流れのふしぎ」講談社ブルーバックス、P174−179.
更新日:2016.10.1