Aki nézegeti az eget, az látni szokott kondenzcsíkokat is, így valószínűleg találkozott már olyan csíkkal is, ami a gép mögött bizonyos távolságban kis szimmetrikus szakaszokra, majd ezekből összeálló gyűrűkre bomlik. Ezt az örvényes-gyűrűs kondenzcsíkot a Crow-instabilitás hozza létre, amelyhez a repülőről leszakadó szárnyvégi örvénysorok illetve a légrétegek hőmérsékletének, sűrűségének különbsége miatti helyi turbulencia szükséges. (S.C. Crow amerikai, aerodinamikával és repülésbiztonsággal foglalkozó fizikus neve után, elméleti számítások alapján megjósolta az örvénypárok viselkedését.)


A repülő szárnyvégein leszakadó örvénysorok

Amennyiben a repülési magasságban kellően nagy a páratartalom, a gép nyomán hosszasan fennmaradó kondenzcsík keletkezik, ezeken lehet a legjobban megfigyelni a Crow-instabilitás jelenségét is.



A levegőt fizikai szempontból folyadékként kell kezelnünk, a folyadékokra jellemző tulajdonságok alakítják viselkedését. Ha egy áramló folyadék útjába valamilyen akadály kerül, az akadály mögött örvények keletkeznek - Kármán Tódor tanulmányozta ezeket a leszakadó örvényeket, róla a Kármán-féle örvénysor nevet kapták.


Kármán-féle örvénysor Alaszka melletti szigetek felett úszó felhőzeten - a felvételt az ISS-ről készítették (Forrás: NASA)

Ezt bárki maga is megfigyelheti, ha egy folyó hídjának pillérénél állva a folyásirányba néző oldalon a pillér mögött nézi a vizet. Sőt, még könnyebb modellezni, ha huzatmentes helyen egy égő cigaretta felfelé szálló füstjébe valamilyen akadályt helyezünk (akár az ujjunkat is, persze ne túl közel), láthatóvá válnak az akadály felett kialakuló örvények. Ugyanilyen örvények alakulnak ki a repülőgép szárnyvégein, a csűrőlapok kiálló sarkain, stb. (S ugyanilyen örvények keletkeznek a repülő madarak szárnycsapásaival is, így a V alakban szálló madarak az előttük repülő madár keltette örvényeket meglovagolva a vezérmadárnál kisebb energia-befektetéssel repülhetnek - ezért is cserélik időről időre a vezérmadarat.) Egy élelmes kísérlettel videón is megnézhető, amint egy gőzölgő fazék felett elrepített papírrepülő szárnyvégei is kialakítják az örvényeket!



A gépet követő kondenzcsíkok az örvénylés hatására egymással is kapcsolatba léphetnek: a szárnyvégekről leszakadó, egymással szemben forgó örvények a géptől távolodva egyre nagyobb ívet írnak le, egy idő után összeérnek s oszcillálni kezdenek, majd egymástól nagyjából szabályos távolságra szétszakítják a kondenzcsíkot. Ezután a szakaszokra bomlott kondenzcsík egymással szemben lévő darabjai gyűrűket alkotnak. (Ha a légköri feltételek kedvezőek, maguk a leszakadó szárnyvégi örvények is láthatóvá válnak a bennük kondenzálódó pára okán - ekkor maguk az örvények mutatják a fent leírtakat.)


(forrás: http://www.mae.cornell.edu)

Ha megfigyelünk egy ilyen kondenzcsíkot, először azt láthatjuk, hogy hullámokat vet a csíkpár, majd a hullámok közel egyenlő darabokra szakadnak szét, ezt követően gyűrűket is alkothatnak. Ez a folyamat nem mindig teljes, de ha a kondenzcsík kromoszómákra emlékeztető darabokra hullik szét, minden esetben a Crow-féle instabilitás válik láthatóvá.


(forrás: http://www.mae.cornell.edu)


(forrás: http://www.mae.cornell.edu)

Az instabilitás az örvénypár tengelytávolságának kb. a nyolcszorosánál lép fel a matematikai modell szerint - ezt a valóságos repülőgépek megfigyelése is igazolta. Ezen felül laboratóriumi kísérletekkel is tanulmányozták az örvények viselkedését (mivel ez fontos repülésbiztonsági tényező) s ott is ezt tapasztalták. Az örvénysorokban egy az általunk a földről, szabad szemmel jól látható instabilitáson kívül még egy rövidebb hullámhosszúságú (az örvénypár tengelytávolságának 60-80%-a) instabilitás is fellép, amely magukon az örvénysorokon belüli oszcillációban jelentkezik. A két hullámhosszúságú instabilitási régió egymással is kapcsolatban áll, ahol a nagy hullámhosszú instabilitás miatt közel kerülnek egymáshoz az örvénypár tagjai, ott a kis hullámhosszú instabilitás erősebb kitéréseket produkál. Amikor kis léptékű instabilitás is jelen van, a nagy léptékű élettartama jelentősen lerövidül. Az örvénypárból kialakult gyűrűk szétesése a kialakulásukhoz hasonló sebességgel zajlik, a képződött gyűrűk fokozatosan szétesnek s a páracsíkok felszívódnak.





Érdemes a kondenzcsíkok viselkedését egyszerű földi szemlélőként is figyelni, sok izgalmas dolog játszódhat le a szemünk előtt!

©Landy-Gyebnár Mónika 2010.


Források:
http://www.far-wake.org/IMG/project/project.html
http://www.mae.cornell.edu/fdrl/publications/Wing_Vortices_Instabilities.pdf
http://www.mae.cornell.edu/fdrl/publications/Vortex_pair_98.pdf