Return Home 気象科学実験教室、一覧表 キッズの気象実験、一覧表気象実験(傾圧不安定波)
実験の様子を写真で紹介します。
実験項目および内容は、随時追加、修正、改良しています。→ 装置等の改良版(装置2号機)です。 → 4時間連続実験(装置2号機)です。 Originated 2010-02/16 Last Updated 2010-02/22, 4/01
実験=回転流体の中の対流の実験です。 地球をとりまいて東西方向に流れている大気の運動を、アルミ粉等をつかって、波動の様子を描いてみよう。 位相が一致したり、崩れたりする現象がみられるが、その要因につき考えてみよう。 実験タイトル=傾圧不安定波 実験の狙い=傾圧不安定波をつくり、流体の流れが波動となる要因を考えること。 さらには、対流現象が出現しているときに、その系に対し外力を作用させた場合の 流れの様子を推定すること。例えば、EXPMA1 ベナール対流 に対して、 水平方向の外力を作用させてみる。 実験装置の製作: ・円盤上に3重の水槽(洗い桶23cmφ&温湯、パイレックス13.6cmφ&水道水3cm深、アルミ缶6.7cmφ&冷水)を置く。 ・円盤としては、陶芸用の手回しロクロを使っています。 ・波動の模様は、アルミの粉末で可視化して、見やすくするため黒布を敷いています。 ・円盤の駆動には模型用のモーターを組み立てて使っています。 ・モーターの駆動力は、タイヤ接触で回転円盤に伝えています。 ・円盤の回転数(35rpm/12rpm、11rpm/5rpm)は、駆動側で調節します. すなわち、電池の個数(1〜2)及び下の写真の「模型自動車のタイヤ」(モーター+ギヤボックスにつなげてある)の使い分け、 で4段階に切り替えます。電池を3個直列にして使うと6段階の切り替えが可能となります。 実験結果: ・私の実験装置で得られた蛇行の模様です。回転数、温度差、深さ、円筒容器の配置等によって 波数が変わります。又、蛇行現象にならなかったり、なかなか蛇行に移行しないこともあります。 さらには、上述の条件に加えて、アルミ粉の散布程度によっても波動現象の現れ方が異なります。 ・実験装置及び実験の過程で得られた波動(波数=1〜7)をご紹介します。 ただし、この実験結果と全く同じ状態を再現することは、目下のところ困難です。 一つの可能性を示すものと、とらえておいて下さい。 なお、上述の実験条件は、今後実験を重ねていって現象に対応したデータを掲載予定です。
装置全景 (左の車輪35rpm/12rpm、右の車輪11rpm/5rpm) | 波数=1、冷水容器を思い切って偏心させた。 |
波数=2、冷水容器を若干偏心させた。 | 波数=3、アルミ粉が少量。 |
波数=4、ごく普通にできる。 | 波数=5、ごく普通にできる。 |
波数=6、外周の温湯の量を極端に少なくした。 | 波数=7、アルミ粉の初期状況が円環になっていた。 |
中央高温、外周低温の条件で実施した。 対流現象はほとんど発達しなかった。 | 円筒容器=写真では蛇行が明瞭ではないが、 中の2つの円筒容器の材質を変えて、さらなる実験が必要。 |
流れの中に障害物を置いた。 | 障害物の設置状況 使用済みのボールペンの胴体。 |