097 – Tornado en la botella

Vórtice de agua

2 botellas de plástico (= botellas de PET, recomendación: volumen 1,5 litros, ¡absolutamente transparente!)
Conector de plástico duro, disponible en el mercado

O haz uno tú mismo:

Raspa la superficie de las dos tapas con papel de lija y pégalas
Usa las tijeras para perforar un agujero en el centro de las tapas. El diámetro debe ser de unos 5 mm.
Llena una de las dos botellas con agua, dejando unos cinco centímetros de aire en la parte superior.
Atornille la segunda botella vacía en la parte superior del conector.
Dale la vuelta a las dos botellas para que salga la botella llena.
Gira el agua en la botella superior girando. Esto requiere algo de práctica. Agita la botella como un gran vaso de agua, siempre en círculo, como si estuvieras revolviendo en una cacerola grande.
¡Mantén las botellas quietas y observa!

Si la conexión no está completamente apretada, coloca un recipiente debajo o experimenta al aire libre.
Experimenta girando la botella más lento o más rápido

¡El vórtice de la bañera ejerce una gran fascinación!
La forma del vórtice se puede explicar teóricamente con las matemáticas de la escuela secundaria: El vórtice es una consecuencia de la conservación del momento angular:

1ra Tarea:

Explique por qué una partícula de agua m en un vórtice de agua gira más rápido (es decir, mayor velocidad de rotación v ) cuanto más se acerca al eje de rotación. Esto sucede cuando es absorbido por el vórtice.

2da Tarea:

Mostrar: ¡La superficie forma un hiperboloide rotacional!
Nota: La inclinación de la superficie del agua (ángulo α ) resulta de la suma de las fuerzas de la fuerza centrífuga y la fuerza del peso de la pieza volumétrica. (Fuerzas en el sistema de referencia giratorio)