Вихревое кольцо помогло семянкам одуванчика дольше летать

NPG Press / YouTube

Исследователи из Эдинбургского университета выяснили, что долгому полету семянок одуванчиков способствует образующееся над ними вихревое кольцо. В полете это кольцо немного оторвано от верхней части хохолка семянки, но всегда стабильно благодаря строго определенному количеству паппусов в составе самого хохолка. Обнаружить вихревое кольцо исследователям удалось с помощью вертикальной аэродинамической трубы и лазерной подсветки. Результаты исследования опубликованы в Nature, а краткое его содержание приводится на сайте журнала.

Семянкой одуванчика называется его своеобразный плод, имеющий ножку со множеством паппусов (нитевидных выростов) на ее вершине, которые образуют хохолок. Такие паппусы существенно увеличивают площадь соприкосновения с воздухом. Долгое время считалось, что хохолок семянки одуванчика играет роль парашюта, однако это не объясняло, по какой причине плоды, отделившись от растения могут находиться в воздухе существенно дольше времени, необходимого на обычное парашютирование на землю.


Для изучения полета семянок исследователи из Эдинбургского университета создали небольшую прозрачную вертикальную аэродинамическую трубу, в которой некоторая область пространства подсвечивалась лазером. Такая подсветка сделала контрастными пылевые частицы в воздухе, благодаря чему стало возможным снять их на камеру и увидеть воздушные потоки, в которых они находились. В аэродинамическую трубу исследователи поместили семянку одуванчика.

В ходе эксперимента в аэродинамической трубе выяснилось, что в полете над хохолком семянки образуется вихревое кольцо, расположенное немного выше паппусов. Оно формируется за счет разницы давлений в воздушных потоках, огибающих хохолок с внешней стороны и проходящих внутри него через паппусы, и ведет себя стабильно, не разрушаясь и не удаляясь далеко от семянки. Фактически из-за разницы давлений под хохолком и над ним семянка и вихревое кольцо не разъединяются.


При этом одним из свойств вихревых колец является полоидальное течение в них, благодаря которому существенно ослабляется трение между ядром вихря и окружающим условно неподвижным воздушным слоем. Благодаря такому свойству вихревое кольцо может оставаться стабильным долгое время и нести объекты относительно большой массы. В качестве примера можно привести дымовое кольцо, являющееся вихревым кольцом и относительно длительное время сохраняющее свою целостность.

Исследователи из Эдинбургского университета также обнаружили, что количество папусов в хохолке семянки напрямую влияет на стабильность вихревого кольца. Обычно семянка одуванчика имеет от 90 до 110 паппусов. Для эскперимента исследователи изготовили из силикона несколько семянок. У одних хохолок был представлен диском, а у других — множеством нитевидных структур наподобие паппусов. Выяснилось, что вихревое кольцо может быть стабильным при количестве «паппусов», равному количеству паппусов настоящей семянки.

Вихревое кольцо, также называемое тороидальным вихрем, встречается довольно часто. В частности, оно возникает в левом желудочке сердца при его расслаблении. При полете вертолетов на небольшой высоте от земли под ними также может возникать вихревое кольцо. Для летательного аппарата оно представляет серьезную опасность, поскольку в вихревом кольце эффективность несущего винта вертолета значительно снижается.

Василий Сычёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.