2016年1月22日 星期五

時事學機經: polar vortex

時事學機經

明天即將登台的寒流,主要是受到polar vortex(極地渦漩)以及Arctic Oscillation(北極振盪)影響。
polar vortex是什麼呢?同學可以把它想像成一個在旋轉的陀螺(top), 當它如果快速旋轉的時候,力量比較大也相對較穩定,但如果相對速度變慢,就會開始晃動(wobble), (可以想像一下全面啟動最後一幕) 此時影響範圍也較大,就會影響到北美、歐洲甚至一直南下到台灣。

圖:polar vortex



了解完polar vortex之後,vortex這個概念也常在托福出現喔!

例如在20121118 physics lecture就提到過一個物理現象叫von Karman vortex street. 這物理現象指的是當任何流體(液體和氣體都算)被物體擋住(when an object disrupts the flow of a fluid),而形成的相對應的漩渦現象they get stretched into curls
黑色的洞就是eddies, 或是vortex. 每一個小黑洞就是一個von Karman vortex, 這名字就是紀念物理學家Theodore von Karman.

圖:van Karman vortex street

除了衛星雲圖以外,另外在bridge pylon(橋墩)也會看到類似的現象!
圖:bridge pylon兩端也會形成von Karman vortex street


另外一個會提到vortex的就是植物學, 在20120714的lecture, 有講到maple seed. Maple seed很特別,是有翅膀的, 所以又叫winged seed.
圖:maple seed

maple seed跟vortex有什麼關係呢?這要先從它降落時的特性說起!
當maple seed掉落的時候,很像直升機的螺旋槳一樣,可以減緩降落時的速度,讓它比較有機會飄到比較空曠適合發芽的地方。

圖:maple seed掉落示意圖

講到這裡得先提到lift.(升力)Maple seed就是透過形成升力來減緩降落速度。
但一般來說,要形成較大的升力,通常速度就要很快,就像一般的飛機需要助跑很長的距離才有辦法起飛,但是maple seed很特別,它速度很慢,為何能形成unexpectedly high lift forces?
圖:Lift(升力)


答案就是vortices (注意: vortex的複數是vortices, 不要因為複數不一樣而聽力沒聽懂,很可惜!). 

實驗顯示當maple seed掉落時,會形成extra lift, 是在翅膀的上方形成的,可以把翅膀吸上去 (Each individual vortex creates an area of low air pressure that sucks the wing upwards so to speak and creates the extra lift.)

這個發現很特別因為bats跟一些insects在拍動翅膀也會形成類似的lift, 顛覆了我們對進化的想法。一般認為動物跟植物在演化過程中應該是兩條不相干的路(We tend to think of plants and animals as very different organisms following very different evolutionary paths.) 但maple seed例子似乎告訴我們其實動植物可以演化出類似特性的。








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