Причудливые облачные узоры: вихри Кармана, вызванные обтеканием воздуха вокруг высоких островов

На этом снимке запечатлены некоторые острова, составляющие государство Кабо-Верде. Хотя большинство из десяти островов этой группы плоские, некоторые очень высоки: Фогу, Санта-Антан и Сан-Николау. Эти три острова значительно возвышаются над остальными, причем высота Фогу достигает 2829 метров.

Три высоких вулканических острова иногда взаимодействуют с ветром, создавая вихри фон Кармана, также называемые дорожкой вихрей Кармана. Вихри становятся видимыми, когда формируются облака, создавая почти лабораторно-идеальный пример эффекта фон Кармана. Когда ветер обтекает вершины, поток воздуха попеременно огибает их с разных сторон. Это колебание создает чередующиеся вихри вокруг объекта.

За эффект отвечает явление срыва вихрей. Срыв вихрей происходит только при определенных скоростях ветра и только когда тело, мимо которого дует ветер, не обтекаемо, как вершины на снимке.

Дорожки вихрей Кармана названы в честь математика, физика и аэрокосмического инженера Теодора фон Кармана. Он был вовлечен в аэронавтику и астронавтику и внес важный вклад в понимание сверхзвуковых и гиперзвуковых потоков. Хотя эти явления наблюдались и раньше, фон Карман первым описал их математически. Как он сказал: «Я обнаружил, что устойчивой может быть только антисимметричная конфигурация, и только при определенном соотношении расстояния между рядами и расстояния между двумя последовательными вихрями каждого ряда».

Снимки этих впечатляющих облачных форм были сделаны спутником NASA Terra с помощью инструмента MODIS (спектрорадиометра среднего разрешения) 20 декабря 2020 года. Terra — флагманский спутник в Системе наблюдения за Землей NASA.

Дорожки вихрей Кармана образуются не только вокруг горных вершин. Они могут формироваться вокруг электрических и коммуникационных проводов, автомобильных антенн, а также зданий, дымовых труб и мостов. Однако это колебание нежелательно, и инженеры разработали способы нарушить поток воздуха и предотвратить их образование, иногда устанавливая на конструкции плавники или вихрегасители, чтобы разрушить осциллирующую картину.