كيف يغيّر الاحتكاك بالقاع الدوامات في المياه الضحلة سريع
الماء في بركة بعد المطر يدور بشكل مختلف عنه في البحيرة العميقة. الطبقة الرقيقة من السائل تشعر بالقاع، وهذا يغير طبيعة الدوامات. أنشأ العلماء مثل هذه الطبقة في المختبر: سكبوا إلكتروليتًا، ومرروا تيارًا كهربائيًا ومجالًا مغناطيسيًا، فتحركت السائل. ثم باستخدام كاميرات وجسيمات دقيقة، تتبعوا الحركة حتى أصغر الدوامات، التي يبلغ حجمها جزءًا من المليمتر.
اتضح أنه بعيدًا عن القاع، تكون الدوامات متماثلة في جميع الاتجاهات — مثل رقاقات الثلج في نمط مثالي. ولكن بالقرب من القاع، تنكسر الصورة: الاحتكاك يبطئ الحركة على طول التدفق، بينما لا يعيقها تقريبًا في الاتجاه العرضي. هذا الاختلاف، مثل صدع في الزجاج، يزحف من الدوامات الصغيرة إلى الكبيرة. تنتقل الطاقة من الاضطرابات الصغيرة إلى الكبيرة، وتفقد الأخيرة تناظرها تدريجيًا.
هذا الانتقال لعدم التناظر مهم للتنبؤات الجوية والتيارات المحيطية. فالغلاف الجوي والمحيط هما أيضًا طبقتان رقيقتان على سطح الكوكب، والاحتكاك بالأرض أو القاع يؤثر على الدوامات الكبيرة مثل الأعاصير. فهم هذه الآلية يساعد في تحسين نماذج المناخ والتنبؤ بحركة المياه في المضايق الضيقة.
في التجربة، كانت الدوامات أصغر من مليمتر، وتغيرت سرعتها في أجزاء من الثانية. لرؤية ذلك، صورت الكاميرات آلاف الإطارات في الثانية.