カルマン渦列 — 風で棒のうしろに渦が並ぶわけ
物理 ✦ 流体力学 ✦ カルマン渦列·phys-uni-g2-fluid
動かす前に — どうなると思う？
細い棒に当てる風をだんだん強くすると、棒のうしろの流れは？
ヒント: 弱い風では流れは棒にそって素直に通り抜ける。では速くしたら？
レイノルズ数Re ≈ 2700
渦の放出21.0 Hz
左から風が流れ、棒のうしろで渦ができます。点滅はしません ―一時停止するとその瞬間の渦列をじっくり観察できます。
流れのレジームカルマン渦列左右交互に渦がちぎれて並ぶ＝渦列
臨界レイノルズ数
✓ 臨界を超え渦放出
渦の放出周波数 f21.0 Hz約 0.05 秒ごとに1回
風が当たると、なぜゆれる？
その 1旗がはためく、こいのぼりが泳ぐ、電線が「ヒュー」と鳴る――どれも、風が棒や線に当たってうしろに渦をつくるからです。流れが棒の後ろで規則正しく うずを巻く現象をカルマン渦列といい、渦が出るかどうかはレイノルズ数という1つの数で決まります。
うずは“交互に”ちぎれる
その 2- 棒の左から1つ、次に右から1つ、と交互に渦が生まれて下流へ流れる。
- 1往復が1周期。これが旗のはためく速さ・電線の音の高さ＝放出周波数 f。
- 渦は直径のおよそ5倍の間隔で並ぶ。大きさが違っても同じ模様になる。
このページで何ができる？
その 3- 風の速さ U・棒の太さ D・ねばり気 ν を動かして、 貼りつき流れ→渦放出の切り替わりを見る。
- レイノルズ数ゲージで、Re が臨界（≈47）を超えた瞬間に渦が出始めるのを確かめる。
- 放出周波数 f が U/D でどう動くか（U2倍→f2倍、D2倍→f半分）を読み取る。
- 電線・旗・煙突・衛星写真の雲など、身のまわりの渦に設定を合わせる。
- 画面は点滅させない設計。一時停止すると、その瞬間の渦列をじっくり観察できる。