Бурный и плавный поток воды из крана

Ни в коем случае нельзя быть уверенным, что, когда вы открываете кран, поток автоматически становится турбулентным (хотя, судя по верхней картинке, это кажется так). Немного приоткройте кран, чтобы из него шла непрерывная струя воды, и вы увидите, что поток не турбулентный, а так называемый ламинарный.

Является ли поток через трубу (и, соответственно, когда он покидает эту трубу) турбулентным или нет, зависит от безразмерного числа Рейнольдса:

$Re=\large{\frac{vD}{\nu}}$.

Где$v$это скорость потока,$D$диаметр трубы и$\nu$кинематическая вязкость жидкости.

На низком$Re$числа (примерно меньше, чем$\text{2000}$), преобладают силы вязкого сопротивления и течение ламинарное (неттурбулентное).

На высоте$Re$числа (примерно больше, чем$\text{2400}$), преобладают инерционные силы инерции, которые имеют тенденцию создавать хаотические завихрения, вихри и другие неустойчивости потока, а течение является турбулентным.

Я полагаю, что в вашем эксперименте происходит то, что, прикрепляя кусок ткани к крану, вы немного ограничиваете поток, тем самым уменьшая скорость потока.$v$и уменьшить число Рейнольдса так, чтобы$Re < \text{2000}$поток становится ламинарным или, по крайней мере, менее турбулентным.

Конечно, все, через что вы пропускаете воду, будь то добавленный кусок трубы, изгиб или кусок ткани, оказывает сопротивление потоку, и при прочих равных условиях скорость потока снижается.

Хотя я уверен, что приведенные выше ответы совершенно точны и почти полны, у меня есть теория.

Когда вода выходит из трубы, она имеет свойства как ламинарного, так и хаотического течения. Конечно, по крайней мере часть воды будет ламинарной. Что делает его бурным, так это вода, которая не следует прямому пути.

Прикрепив гибкий кусок ткани к внешней стороне потока, где видны хаотичные частицы воды, вы улавливаете и поглощаете носком их кинетическую энергию. Вода, попадающая в носок, имеет внезапное изменение импульса, когда остаются только векторы, параллельные ламинарным потокам, тем самым толкая воду в нужном вам направлении без всей турбулентности.

Мое рассуждение: если вы поместите ткань в центр потока, где текут преимущественно ламинарные частицы, это заставит воду разбрызгиваться повсюду, поскольку энергия воды меняет импульс и может двигаться только в неламинарных направлениях. Вот как пульверизатор может раздувать водяной веер — заставляя воду огибать барьер в центре. И точно так же, когда полностью открываешь насадку, вода тормозится по бокам, а не посередине и выходит гладкой.