В совместном научно-популярном эксперименте блогеры исследовали знаменитый культурный миф о том, зависит ли направление вращения падающей в слив воды от земного полушария. Чтобы раз и навсегда разрешить этот спор, ведущий научно-популярного канала Veritasium, находившийся в австралийском Сиднее, и его коллега Дестин, работавший в американском Хантсвилле (штат Алабама), провели скоординированный и строго контролируемый опыт. Полученные ими результаты наглядно продемонстрировали, как тонкие физические законы проявляют себя в искусственно созданных идеальных условиях, и почему их невозможно заметить в повседневной жизни.
🚽 Культурный миф и повседневная сантехника 0:00
Популярная культура давно закрепила идею о том, что в Южном полушарии вода уходит в дренаж в противоположную сторону по сравнению с Северным. Самым известным примером этого суеверия стал целый эпизод мультсериала «Симпсоны», посвященный вращению воды в австралийских унитазах. Подобный эффект неоднократно демонстрировался и в различных телевизионных документальных проектах, создавая у зрителей уверенность в фундаментальности этого явления. Тем не менее в обществе сформировалась и альтернативная группа скептиков, утверждающих, что полушарие не имеет никакого значения, и вода в раковине всегда закручивается хаотично.
Как отмечают авторы эксперимента, если обычный человек попытается самостоятельно проверить это утверждение дома, он неизбежно столкнется с противоречивыми результатами. В бытовых условиях в одной и той же квартире вода в раковине может при одной попытке уходить по часовой стрелке, а при другой — против неё. В физическом мире направление вращения потока в бытовой сантехнике определяется совершенно иными факторами:
- Конструкция приборов: большинство современных унитазов имеют специальные направленные форсунки (джеты), которые при смыве принудительно закручивают жидкость в заданную инженерами сторону.
- Остаточный угловой момент: в любой емкости, будь то ванна или кухонная раковина, вода после заполнения никогда не находится в абсолютном покое. Внутри нее сохраняются невидимые глазу вихри и течения, которые и определяют финальное движение у сливного отверстия.
Таким образом, расхожее мнение о том, что простое пересечение экватора заставит домашний унитаз смывать воду в другую сторону, официально признано авторами мифом. В обычных раковинах сторонние силы полностью подавляют и стирают любые планетарные эффекты.
🛠️ Эксперимент в условиях строгого контроля 1:42
Чтобы исключить постороннее влияние и зафиксировать чистый физический эффект, исследователи организовали масштабный эксперимент в своих гаражах. Главной задачей было полностью устранить изначальное движение жидкости. Для этого авторы использовали одинаковые круглые детские бассейны (Kitty Pools) диаметром 1,5 метра (5 футов).
Методология эксперимента включала в себя жесткие протоколы противодействия случайным факторам:
- Провокационное заполнение: чтобы доказать чистоту эксперимента, блогеры намеренно заполняли бассейны так, чтобы вода вращалась в сторону, противоположную действию сил природы. В Австралии ведущий Veritasium закрутил воду против часовой стрелки, а Дестин в США — по часовой стрелке. Если бы эксперимент провалился, остаточное вращение просто продолжило бы исходный курс.
- Суточная стабилизация: после заполнения бассейны были оставлены в абсолютно нетронутом состоянии ровно на 24 часа. Этого времени, по расчетам авторов, было достаточно, чтобы полностью погасить импульс от наполнения и дать воде прийти в состояние максимального покоя.
- Бесконтактный слив: исследователи отказались от идеи выдергивать стандартную пробку изнутри руками, поскольку такое движение неизбежно внесло бы новые хаотичные завихрения потока. Вместо этого они использовали специальные дистанционно открываемые клапаны, подсоединенные к сливному отверстию строго по центру под дном бассейна.
🌪️ Фиксация результатов и торжество физики 2:45
После одновременного открытия сливных клапанов в США и Австралии в первые минуты движения воды не было видно никакой явной динамики. Чтобы сделать скрытые потоки видимыми для камеры, экспериментаторы применили пищевой краситель. Жидкую краску аккуратно нанесли каплями в воду по четырем углам (в направлении четырех кардинальных точек компаса) вокруг центрального слива.
Результат оказался мгновенным и неоспоримым. Вода, сформировав миниатюрную воронку, похожую на торнадо, начала отчетливое вращение. При этом направления завихрений распределились следующим образом:
- В Алабаме (Северное полушарие): несмотря на то, что изначально бассейн заполнялся по часовой стрелке, краситель четко зафиксировал сформировавшееся вращение против часовой стрелки.
- В Сиднее (Южное полушарие): вода преодолела стартовое противодействие и уверенно закрутилась по часовой стрелке.
Авторы подчеркивают, что данный эксперимент наглядно продемонстрировал реальность эффекта Кориолиса в домашних условиях, однако он также показал, насколько этот эффект слаб. Для его обнаружения потребовались экстраординарные усилия, изоляция от воздушных потоков и целые сутки ожидания.
🌍 Сила Кориолиса: от бассейна до глобальных ураганов 4:02
Физическое объяснение зафиксированного феномена кроется во вращении самой планеты вокруг своей оси. Чтобы упростить понимание этой механики, авторы предложили представить воображаемый круглый бассейн, край которого касается географического полюса Земли.
Поскольку вся планета совершает один оборот за сутки, этот бассейн вращается вместе с ней. Однако разные его части движутся с разной линейной скоростью. Та сторона бассейна, которая находится ближе к экватору, проделывает за сутки гораздо больший путь в пространстве, а значит, обладает большим линейным импульсом движения на восток. Противоположная сторона, расположенная вблизи полюса, смещается значительно медленнее, и ее скорость стремится к нулю.
Когда в центре такого бассейна открывается слив, массы воды устремляются со всех сторон к центру:
- Вода, пришедшая с «экваториальной» (внешней) стороны, движется быстрее самого сливного отверстия и начинает опережать его, уходя вперед по направлению вращения планеты.
- Вода, движущаяся со стороны полюса, обладает меньшей скоростью, отстает от движения слива и смещается назад.
В результате этого дисбаланса скоростей в Северном полушарии формируется закручивание потока против часовой стрелки, а в Южном — по часовой.
Именно этот масштабный планетарный закон объясняет, почему колоссальные атмосферные циклоны ведут себя строго определенным образом. Центр любого урагана представляет собой зону экстремально низкого давления, которая работает точно так же, как сливное отверстие в гаражном бассейне. Высокое атмосферное давление устремляет воздушные массы к эпицентру шторма, и под воздействием разности скоростей вращения Земли ураганы в Северном полушарии всегда закручиваются против часовой стрелки, в то время как тропические циклоны в Южном полушарии — исключительно по часовой.
